(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面にパターン付きのドープされた領域が形成されている基板を、基板受取り表面上で位置決めすることと、
前記基板上の前記パターン付きのドープされた領域の実際の位置を決定することであって、
前記第１の表面に向かって電磁放射を放出すること、および
前記第１の表面の一領域から８５０ｎｍ〜４μｍの第１の波長の電磁放射を受け取ること
を含むこと、
前記基板上の前記パターン付きのドープされた領域の前記決定された実際の位置から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内の１つまたは複数のフィーチャと前記パターン付きのドープされた領域とを位置合せすることと、
前記１つまたは複数のフィーチャと前記パターン付きのドープされた領域とを位置合せした後、前記１つまたは複数のフィーチャを通ってパターン付きのドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることと
を含み、
前記パターン付きのドープされた領域の前記実際の位置を決定することが、前記基板の表面上に配置された２つ以上の位置合せマークの光画像を捕獲することと、前記光画像に基づいて、それぞれの位置合せマークの位置と理想的な位置との差を決定してオフセットを決定することとを含む、太陽電池形成プロセス。
【請求項２】
前記層が導電材料を含み、前記基板がシリコンを含み、前記パターン付きのドープされた領域が、１×１０１８原子／ｃｍ３より高いドーパント濃度を有する、請求項１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項３】
第１の波長の電磁放射を受け取ることが、前記第１の表面に隣接して位置決めされた光学検出器によって実行され、前記放出された電磁放射が、前記第１の表面の反対側の第２の表面に提供される、請求項１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項４】
前記基板の前記少なくとも１つのフィーチャに対して、前記パターン付きのドープされた領域上に導電層を印刷する前に、前記位置合せマークの前記理想的な位置を決定する、請求項１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項５】
スクリーン印刷プロセスを使用して、前記基板の前記表面上に少なくとも３つの位置合せマークを形成する、請求項１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項６】
前記位置合せマークの前記実際の位置を比較することが、前記位置合せマークのうちの２つの間に第１の基準線を構築することと、第３の位置合せマークと前記第１の基準線の間に第２の基準線を構築することとを含み、前記第２の基準線が前記第１の基準線に対して垂直である、請求項５に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項７】
基板受取り表面上で基板を位置決めすることが、
多孔質材料であり、基板支持体の表面上に配置された支持材料の第１の表面上に基板を受け取ることと、
前記支持材料に結合されたアクチュエータを使用して、基板支持体の表面全体にわたって前記支持材料を動かすことと、
前記支持材料の前記第１の表面の裏の領域を真空にして、前記第１の表面上に配置された前記基板を前記基板支持体に対して保持することと
を含んでおり、
スクリーン印刷マスク内のフィーチャと前記パターン付きのドープされた領域とを位置合せすることが、前記支持材料の前記第１の表面上に保持された前記基板を前記スクリーン印刷マスクの下に位置決めすることをさらに含む、
請求項１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項８】
前記基板上の前記パターン付きのドープされた領域の前記実際の位置を決定することが、
前記放出された電磁放射の一部分が、前記スクリーン印刷マスク内に形成された１つまたは複数のフィーチャおよび前記基板受取り表面上に配置された前記基板の前記第１の表面を通過してから検出器によって受け取られるように、前記基板受取り表面またはスクリーン印刷マスクを位置決めすること
をさらに含み、
スクリーン印刷マスク内の前記１つまたは複数のフィーチャと前記パターン付きのドープされた領域とを位置合せすることが、前記スクリーン印刷マスク内に形成された前記フィーチャの位置と、前記基板上に形成された前記パターン付きのドープされた領域の一部分とを整列させることを含む、請求項１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項９】
前記基板上に形成された前記パターン付きのドープされた領域の前記部分が、間隙が間に形成された２つ以上の入れ子状の要素を含み、前記２つ以上の入れ子状の要素の少なくとも１つが第１の幅を有し、
前記スクリーン印刷マスク内に形成された前記フィーチャが、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する、
請求項８に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１０】
前記基板上の前記パターン付きのドープされた領域の前記実際の位置を決定することが、前記パターン付きのドープされた領域の２つ以上の領域から前記検出器によって受け取られる前記放出された電磁放射の強度の変動を検出することをさらに含む、請求項８に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１１】
基板の第１の表面上にマスキング材料をパターン付きで配置することと、
前記第１の表面上に前記マスキング材料を配置する間に、前記第１の表面の一部分をエッチングすることであって、前記マスキング材料が、前記第１の表面のうち、前記マスキング材料が配置された複数の領域の前記エッチングを実質上抑制することと、
前記第１の表面の一部分の光画像を捕獲することと、
前記捕獲した光画像から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内のフィーチャと前記複数の領域の少なくとも一部分とを位置合せすることと、
前記フィーチャを通って前記複数の領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることと
を含み、
前記基板およびマスキング材料を加熱することにより、前記マスキング材料内に配置された第１のドーパント材料を前記第１の表面内へ拡散させて、パターン付きのドープされた領域を形成することをさらに含み、
前記第１の表面の一部分の光画像を捕獲することが、前記基板の表面上に配置された２つ以上の位置合せマークの光画像を捕獲することと、前記光画像に基づいて、それぞれの位置合せマークの位置と理想的な位置との差を決定することによりオフセットを決定することとを含み、
前記パターン付きのドープされた領域の一部分の光画像を捕獲することが、
前記第１の表面に向かって電磁放射を放出することと、
前記第１の表面の一領域から８５０ｎｍ〜４μｍの波長の電磁放射を受け取ることと
を含む、太陽電池形成プロセス。
【請求項１２】
前記マスキング材料が第１のドーパント材料を含む、請求項１１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１３】
前記第１の表面の前記一部分をエッチングした後で、前記基板およびマスキング材料を加熱することにより、前記第１のドーパント材料を前記第１の表面内へ拡散させて、パターン付きのドープされた領域を形成すること
をさらに含む、請求項１２に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１４】
前記第１の表面の一部分をエッチングした後で、一定量の前記第１のドーパント材料を前記第１の表面の一部分内へ拡散させることをさらに含む、請求項１２に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１５】
前記基板がシリコンを含み、前記パターン付きのドープされた領域が、１×１０１８原子／ｃｍ３より高いドーパント濃度を有する、請求項１３に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１６】
前記パターン付きのドープされた領域の前記部分の前記光画像を捕獲することが、前記第１の表面の一部分をエッチングする前記プロセスの間に、前記第１の表面のうち前記マスキング層によって覆われた部分および前記第１の表面のうち前記マスキング層によって覆われていない部分によって反射または透過される電磁放射の前記強度の差を確認することをさらに含む、請求項１１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１７】
前記第１の表面上に前記マスキング材料を配置する前に、第１の量の第１のドーパント原子を前記基板の前記第１の表面内へ拡散させて、第１のドープされた領域を形成することと、
前記第１の表面上に前記マスキング材料を配置して前記第１の表面の前記部分をエッチングした後で、第２の量の第２のドーパント原子を前記第１の表面内へ拡散させて、第２のドープされた領域を形成することと
をさらに含む、請求項１１に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１８】
前記第１のドーパント原子および第２のドーパント原子が、それぞれ、リン、ヒ素、アンチモン、ホウ素、アルミニウム、およびガリウムからなる元素の群から選択される、請求項１７に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項１９】
前記第１のドーパント原子および前記第２のドーパント原子が同じ種類のドーパント原子であり、前記第１のドープされた領域内の前記第１のドーパント原子の前記第１の量が、前記第２のドープされた領域内の前記第２のドーパント原子の前記第２の量より大きい、請求項１７に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項２０】
基板の第１の表面の一部分をエッチングすることと、
前記エッチングされた第１の表面の一部分を覆って第１の層を堆積させることと、
前記エッチングされた第１の表面を覆って配置された前記堆積された第１の層の一部分を除去して、前記基板の一領域を露出させることと、
前記基板の前記露出された領域へドーパント含有材料を送達して、前記基板内にドープされた領域を形成することと、
前記基板の前記第１の表面の一部分の画像を捕獲することであって、前記画像が、前記露出された領域の一部分および前記エッチングされた第１の表面の一部分を含むことと、
前記捕獲された画像から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内のフィーチャと前記露出された領域とを位置合せすることと、
前記露出された領域に位置合せした後で、前記フィーチャを通って前記パターン付きのドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることと
を含み、
前記第１の表面の一部分の画像を捕獲することが、前記基板の表面上に配置された２つ以上の位置合せマークの光画像を捕獲することと、前記光画像に基づいて、それぞれの位置合せマークの位置と理想的な位置との差を決定してオフセットを決定することとを含み、
前記パターン付きのドープされた領域の一部分の光画像を捕獲することが、
前記第１の表面に向かって電磁放射を放出することと、
前記第１の表面の一領域から８５０ｎｍ〜４μｍの波長の電磁放射を受け取ることとと
を含む、太陽電池形成プロセス。
【請求項２１】
前記第１の層が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、および二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる群から選択された材料を含む、請求項２０に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項２２】
前記第１の層が、前記基板の前記第１の表面を覆って配置された第２の層と、前記第２の層を覆って配置された第３の層とを含み、前記第２の層が、窒化シリコン（ＳｉＮ）および二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる群から選択された材料を含み、前記第３の層が非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を含む、請求項２０に記載の太陽電池形成プロセス。
【請求項２３】
基板を加工する装置であって、
基板支持表面と、
前記基板支持表面に向かって電磁放射を放出するように位置決めされる電磁放射源と、
前記基板支持表面上に配置される基板の表面に向かって前記放出された電磁放射の少なくとも一部分を受け取るように位置決めされる検出器アセンブリであり、前記受け取った電磁放射が、前記基板の表面上に形成されるパターン付きの高濃度にドープされた領域によって優先的に透過もしくは反射される８５０ｎｍ〜４μｍの波長、または前記基板のうち前記パターン付きの高濃度にドープされた領域を含まない領域によって優先的に透過もしくは反射される８５０ｎｍ〜４μｍの波長で提供される、検出器アセンブリと、
スクリーン印刷マスク、および前記スクリーン印刷マスクを位置決めするように構成される少なくとも１つのアクチュエータを有する堆積チャンバと、
制御部であって、
前記検出器アセンブリから、前記基板支持表面上に配置された基板の表面上に形成されたパターン付きの高濃度にドープされた領域の位置に関する信号を受け取り、
前記基板の表面上に配置された２つ以上の位置合せマークのそれぞれの位置と理想的な位置との差を決定してオフセットを決定し、
前記オフセットに基づいて、前記パターン付きの高濃度にドープされた領域に対して前記スクリーン印刷マスクの位置を調整する
ように構成された制御部と
を備える装置。
【請求項２４】
前記基板支持体が、支持材料をプラテンに提供する第１の材料の位置決め機構を備える材料コンベアアセンブリの一部であり、前記支持材料が前記基板支持表面を含み、前記基板支持表面が、前記支持材料の、前記プラテンの表面と接触している面とは反対側の面に配置される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記支持材料の第１の表面が前記基板支持表面上に位置決めされ、前記支持材料が、前記第１の表面に真空が印加されるときに第２の表面から前記第１の表面へ空気を通す多孔質材料を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記電磁放射源が、前記基板支持表面の第１の面の近傍に取り付けられ、前記検出器アセンブリが、前記第１の面の反対側の面に取り付けられる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記検出器アセンブリが、カメラと、前記基板支持表面と前記カメラとの間に配置された少なくとも１つの光フィルタとを備え、前記光フィルタが前記波長を通す、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、基板の表面の所望の領域上にパターン付きの層を形成するシステムおよびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、日光を直接電力へ変換する光起電（ＰＶ）デバイスである。ＰＶ市場は、過去１０年間、３０％を超える年率で成長している。記事の中には、世界中の太陽電池による発電が、近い将来１０ＧＷｐを超える可能性があると示唆するものもある。全体のうち９５％を超える太陽電池モジュールが、シリコンウェーハベースであることが推定される。市場成長率が高いことと、太陽電池の発電コストを実質上低減させる必要があることとが組み合わさった結果、高品質の太陽電池を安価に形成するには複数の深刻な難題が生じてきた。したがって、商業的に実現可能な太陽電池を作製する１つの主要な構成要素は、デバイス収量を改善して基板の処理量を増大させることによって、太陽電池を形成するのに必要な製造コストを低減させることにある。
【０００３】
太陽電池は通常、１つまたは複数のｐ−ｎ接合を有する。各ｐ−ｎ接合は、半導体材料内に２つの異なる領域を含み、片方をｐ型領域と呼び、他方をｎ型領域と呼ぶ。太陽電池のｐ−ｎ接合が日光（光子からのエネルギーからなる）に露出されると、日光は、ＰＶ効果によって電気に直接変換される。太陽電池は、特有の量の電力を生成し、これらのセルを並べて、所望の量のシステム電力を送達するように寸法設定されたモジュールを形成する。太陽電池モジュールをつなぎ合わせて、特有のフレームおよびコネクタをもつパネルを形成する。太陽電池は一般に、シリコン基板上に形成される。シリコン基板は、単結晶または多結晶のシリコン基板とすることができる。典型的な太陽電池は、通常厚さ約０．３ｍｍ未満のシリコンウェーハ、基板、またはシートを含み、基板上には、ｐ型領域と、その上に薄いｎ型シリコン層とが形成される。
【０００４】
図１Ａおよび１Ｂは、ウェーハ１１上に製作された標準的なシリコン太陽電池１０を概略的に示す。ウェーハ１１は、ｐ型ベース領域２１と、ｎ型エミッタ領域２２と、ｐ型ベース領域２１とｎ型エミッタ領域２２の間に配置されたｐ−ｎ接合領域２３とを含む。ｎ型領域、またはｎ型半導体は、半導体を特定の種類の元素（たとえば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ））でドープして、陰電荷キャリア、すなわち電子の数を増大させることによって形成される。同様に、ｐ型領域、またはｐ型半導体は、結晶格子に３価の原子を追加することによって形成され、その結果、シリコン格子にとって正常な４つの共有結合のうちの１つから電子が欠落する。したがって、ドーパント原子は、共有結合する隣接する原子から電子を受け入れて、第４の結合を完成させることができる。ドーパント原子は電子を受け入れ、それによって隣接する原子から１つの結合の半分が損失し、その結果「正孔」が形成される。
【０００５】
太陽電池に光が当たると、入射する光子からのエネルギーは、ｐ−ｎ接合領域２３の両側に電子正孔対を生成する。電子はｐ−ｎ接合全体にわたってより低いエネルギーレベルの方へ拡散し、正孔は反対の方向へ拡散し、それによってエミッタ上に陰電荷を生じさせ、またベース内には対応する陽電荷が蓄積する。エミッタとベースの間に電気回路が作られ、ｐ−ｎ接合が特定の波長の光に露出されるとき、電流が流れる。照射されると半導体によって生成される電流は、太陽電池１０の前面１８、すなわち受光側および裏面１９上に配置されたコンタクトを通って流れる。図１Ａに示すようなトップコンタクト構造は通常、広い間隔を空けた細い金属線、またはフィンガ１４として構成され、フィンガ１４は、より大きい母線１５へ電流を供給する。バックコンタクト２５は通常、入射する光が太陽電池１０に当たるのを妨げないため、複数の細い金属線の形で形成されるという制約を受けない。太陽電池１０は通常、太陽電池１０の上部表面２２Ａからの光の反射を最小にするために、反射防止被覆１６またはＡＲＣとして働くＳｉ３Ｎ４などの薄い誘電体材料層で覆われる。
【０００６】
スクリーン印刷は、衣服またはセラミックスなどの物体上にデザインを印刷するのに長く使用されており、電子機器業界では、電気コンタクトまたは相互接続などの電気構成要素のデザインを基板の表面上に印刷するために使用される。現況技術の太陽電池製作プロセスでも、スクリーン印刷プロセスを使用する。一部の用途では、太陽電池基板上にフィンガ１４などのコンタクト線をスクリーン印刷することが望ましい。基板と接触しているフィンガ１４は、１つまたは複数のドープされた領域（たとえば、ｎ型エミッタ領域２２）とオーミック接続を形成する。オーミックコンタクトは、デバイスの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線が直線および対称になるように、すなわち半導体デバイスのドープされたシリコン領域と金属コンタクトの間に高抵抗の境界面がないように準備される、半導体デバイス上の領域である。低抵抗の安定したコンタクトは、太陽電池の性能および太陽電池製作プロセスで形成される回路の信頼性にとって重要である。太陽電池デバイスとの接触を強化するには、オーミックコンタクトの形成を可能にするように基板表面内に形成された高濃度にドープされた領域１７上にフィンガ１４を位置決めすることが典型的である。形成された高濃度にドープされた領域１７は、電気特性のため、領域１７を通過できる光の量を阻止または最小にする傾向があるため、領域１７上にフィンガ１４を確実に位置合せおよび形成できるのに十分なほど大きくしながらも、領域１７の寸法を最小にすることが望ましい。自動化された搬送デバイス上の基板の位置決めの誤差、基板の縁部の欠陥、基板表面上の高濃度にドープされた領域１７の不明な見当合せおよび位置合せ、ならびに／または自動化された搬送デバイス上の基板の移動のため、堆積されたフィンガ１４と下にある高濃度にドープされた領域１７がずれると、デバイス性能は乏しくなり、デバイス効率は低くなる可能性がある。高濃度にドープされた領域１７は、より高濃度およびより低濃度のドープ領域を作るための様々なパターニング技法を使用して基板表面上に形成することができ、たとえばパターン付きの拡散障壁を使用するリン拡散ステップを実行することによって形成することができる。裏面コンタクトは、基板のｐ型ベース領域とのオーミックコンタクトを形成することによって、太陽電池が電流を作り出すのに必要な電気回路を完成させる。
【０００７】
したがって、スクリーン印刷または他の類似のプロセスを使用して堆積された金属フィーチャ（たとえば、フィンガ１４）と高濃度にドープされた領域の位置合せを制御する改善された方法を有する、太陽電池、電子回路、または他の有用なデバイスを製作するためのスクリーン印刷装置が必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一実施形態では、太陽電池形成プロセスは、基板受取り表面上に基板を位置決めすることであって、基板が第１の表面、および第１の表面上に形成されたパターン付きのドープされた領域を有することと、基板上のパターン付きのドープされた領域の実際の位置を決定することであって、第１の表面に向かって電磁放射を放出すること、および第１の表面の一領域から第１の波長の電磁放射を受け取ることを含むことと、基板上のパターン付きのドープされた領域の決定された実際の位置から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内の１つまたは複数のフィーチャとパターン付きのドープされた領域を位置合せすることと、１つまたは複数のフィーチャを通ってパターン付きのドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることとを含む。
【０００９】
本発明の実施形態は、基板の第１の表面上に第１のドーパント材料をパターン付きで配置することと、第１の表面上に第１のドーパント材料が配置される間に第１の表面の一部分をエッチングすることと、基板および第１のドーパント材料を加熱して、第１のドーパント材料内のドーパント原子を第１の表面内へ拡散させ、パターン付きのドープされた領域を形成することと、パターン付きのドープされた領域の一部分の光画像を捕獲することと、捕獲された光画像から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内のフィーチャとパターン付きのドープされた領域を位置合せすることと、フィーチャを通ってパターン付きのドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることとを含む太陽電池形成プロセスをさらに提供することができる。
【００１０】
本発明の実施形態は、第１の量の第１のドーパント原子を基板の第１の表面内へ拡散させて第１のドープされた領域を形成することと、第１の表面上に第１のドープされた領域の少なくとも一部分を覆ってマスキング材料をパターン付きで配置することと、第１の表面上にマスキング材料が配置される間に第１の表面の一部分をエッチングすることと、第１の表面上にマスキング材料を配置して第１の表面の一部分をエッチングした後、第２の量の第２のドーパント原子を第１の表面内へ拡散させて第２のドープされた領域を形成することと、第１のドープされた領域の一部分および第２のドープされた領域の一部分の光画像を捕獲することと、捕獲した光画像から受け取った情報を使用して、第１のドープされた領域の少なくとも一部分に対してスクリーン印刷マスク内のフィーチャを位置合せすることと、フィーチャを通って第１のドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることとを含む太陽電池形成プロセスをさらに提供することができる。
【００１１】
本発明の実施形態は、基板の第１の表面の一部分をエッチングすることと、エッチングされた第１の表面の一部分を覆って第１の層を堆積させることと、エッチングされた第１の表面を覆って配置された堆積された第１の層の一部分を除去して、基板の一領域を露出させることと、基板の露出された領域へドーパント含有材料を送達して、基板内にドープされた領域を形成することと、基板の第１の表面の一部分の画像を捕獲することであって、画像が、露出された領域の一部分およびエッチングされた第１の表面の一部分を含むことと、捕獲された画像から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内のフィーチャと露出された領域を位置合せすることと、フィーチャが露出された領域に位置合せした後、フィーチャを通ってパターン付きのドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることとを含む太陽電池形成プロセスをさらに提供することができる。
【００１２】
本発明の実施形態は、基板を加工する装置であって、基板支持表面と、基板支持表面に向かって電磁放射を放出するように位置決めされる電磁放射源と、基板支持表面上に配置される基板の表面に向かって放出された電磁放射の少なくとも一部分を受け取るように位置決めされる検出器アセンブリであり、受け取った電磁放射が、基板の表面上に形成されるパターン付きの高濃度にドープされた領域によって優先的に透過もしくは反射される波長、または基板のうちパターン付きの高濃度にドープされた領域を含まない領域によって優先的に透過もしくは反射される波長で提供される、検出器アセンブリと、スクリーン印刷マスク、およびスクリーン印刷マスクを位置決めするように構成される少なくとも１つのアクチュエータを有する堆積チャンバと、基板支持表面上に配置された基板の表面上に形成されたパターン付きの高濃度にドープされた領域の位置に関する検出器アセンブリからの信号を受け取り、検出器アセンブリから受け取った情報に基づいて、パターン付きの高濃度にドープされた領域に対してスクリーン印刷マスクの位置を調整するように構成された制御部とを備える装置をさらに提供することができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、基板の第１の表面上に第１のドーパント材料を配置してパターンを形成することと、基板および第１のドーパント材料を加熱して、第１のドーパント材料内のドーパント原子を第１の表面内へ拡散させ、パターン付きのドープされた領域を形成することと、パターン付きのドーパント材料によって覆われていない表面積をエッチングし、後にテキスチャ付きの領域のより軽い拡散を実行し、最後により平滑なパターン付きの高濃度にドープされた領域の一部分の光画像を捕獲することと、捕獲された光画像から受け取った情報を使用して、スクリーン印刷マスク内のフィーチャとパターン付きのドープされた領域を位置合せすることと、フィーチャを通ってパターン付きのドープされた領域の少なくとも一部分上へ材料層を堆積させることとを含む太陽電池形成プロセスをさらに提供することができる。一構成では、パターン付きのドーパント材料によって覆われていない表面積をエッチングするプロセスは、光の吸収を改善するテキスチャを提供するように最適化されたプロセスを使用することを含む。
【００１４】
本発明の実施形態は、基板を加工する装置であって、基板支持表面と、基板支持表面に向かって電磁放射を放出するように位置決めされる電磁放射源と、基板支持表面上に配置される基板の表面に接触する放出された電磁放射の少なくとも一部分を受け取るように位置決めされる検出器アセンブリであり、受け取った電磁放射が、基板の表面上に形成されるパターン付きの高濃度にドープされた領域によって優先的に透過もしくは反射され、または基板のうちパターン付きの高濃度にドープされた領域を含まない領域によって優先的に透過もしくは反射される波長で提供される、検出器アセンブリと、スクリーン印刷マスク、およびスクリーン印刷マスクを位置決めするように構成される少なくとも１つのアクチュエータを有する堆積チャンバと、基板支持表面上に配置された基板の表面上に形成されたパターン付きの高濃度にドープされた領域の位置に関する検出器アセンブリからの信号を受け取り、パターン付きの高濃度にドープされた領域に対してスクリーン印刷マスクの位置を調整するように構成された制御部とを備える装置をさらに提供することができる。
【００１５】
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明についてのより具体的な説明を、実施形態を参照すれば得ることができる。実施形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】前面の金属化相互接続パターンを包含する従来技術の太陽電池の等角図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す従来技術の太陽電池の側面横断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、高濃度にドープされた領域およびパターン付きの金属コンタクト構造が形成された基板の表面の平面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による図２Ａに示す基板の表面の一部分の拡大側面横断面図である。
【図３Ａ】複数の所望のパターン層を形成するために本発明の実施形態と一緒に使用できるシステムの概略等角図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による図３Ａのシステムの概略平面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるスクリーン印刷システムの印刷ネスト部分の等角図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による、基板の前面を検査するように位置決めされる検査アセンブリを有する回転アクチュエータアセンブリの一実施形態の概略等角図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による光学検査システムの概略横断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による印刷ネスト内に位置決めされた光学検査システムの概略横断面図である。
【図５】Ａ〜Ｇは、本発明の一実施形態による太陽電池形成加工シーケンスの異なる段階中の太陽電池の概略横断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による太陽電池を形成するために使用される加工シーケンスを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による太陽電池を形成するために使用される加工シーケンスを示す図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態による太陽電池を形成するために使用される加工シーケンスを示す図である。
【図７】本発明の実施形態による太陽電池の高濃度にドープされた領域上に導電層を堆積させるために使用される加工シーケンスを示す図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、高濃度にドープされた領域および位置合せマークが形成された基板の表面の平面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による、高濃度にドープされた領域、位置合せマーク、および遮蔽材料が形成された基板の表面の側面横断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による基板上に印刷される位置合せマークの様々な例を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合せマークの一の構成を示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合せマークの別の構成を示す図である。
【図９Ｄ】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合せマークのまた別の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による光学検査アセンブリが複数の光学検査システムを含む回転アクチュエータアセンブリの一実施形態の概略等角図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による、高濃度にドープされた領域および位置合せマークが形成された基板の表面の平面図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による基板上に形成される位置合せマークの一例を示す平面図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態による基板の表面の概略横断面図である。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態による、スクリーン印刷マスクと基板を位置合せするために使用される光学検査システムの概略横断面図である。
【図１１Ｅ】本発明の一実施形態による位置合せマークおよびスクリーン印刷マスクの一例を示す平面図である。
【図１１Ｆ】本発明の一実施形態による、高濃度にドープされた領域および位置合せマークが形成された基板の表面を覆って配置されたスクリーン印刷マスクの平面図である。
【図１１Ｇ】本発明の一実施形態による、高濃度にドープされた領域および位置合せマークが形成された基板の表面を覆って配置されたスクリーン印刷マスクの拡大平面図である。
【図１２】Ａ〜Ｈは、本発明の一実施形態による太陽電池形成加工シーケンスの異なる段階中の太陽電池の概略横断面図である。
【図１３】本発明の実施形態による太陽電池を形成するために使用される加工シーケンスの図である。
【図１４】Ａ〜Ｄは、太陽電池デバイスの活性領域を形成するために使用される加工シーケンスの異なる段階中の太陽電池基板の概略横断面図である。
【図１５】本発明の実施形態による太陽電池デバイスの活性領域を形成する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述なしで他の実施形態にも有益に組み込むことができることが企図される。
【００１８】
しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の例示的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【００１９】
本発明の実施形態は、基板加工ラインのデバイス収量性能およびコストオブオーナシップ（ＣｏＯ）を改善できる改善されたパターン付きの材料堆積加工シーケンスを利用するシステム内で基板を加工する装置および方法を提供する。一実施形態では、システムは、結晶シリコン太陽電池の生産ラインの一部分内でスクリーン印刷プロセスを実行するスクリーン印刷システムである。ここでは、所望の材料で基板にパターンを付け、次いで１つまたは複数の後の加工チャンバ内で加工する。後の加工チャンバは、１つまたは複数の焼成ステップおよび１つまたは複数の洗浄ステップを実行するように適合することができる。一実施形態では、システムは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が所有するＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．から入手可能なＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）という器具内に位置決めされたモジュールである。以下の議論は、太陽電池デバイスの表面上に相互接続またはコンタクト構造などのパターンをスクリーン印刷するプロセスについて主に論じるが、この構成は、本明細書に記載の本発明の範囲について限定しようとするものではない。本発明から利益を得ることができる他の基板材料には、単結晶シリコン、複結晶シリコン、多結晶シリコン、または他の所望の基板材料を含有する活性領域を有することができる基板が含まれる。
【００２０】
強化された光学検査システム
本発明の実施形態はまた、一般に、基板の表面上に所望のパターン２３０で形成される高濃度にドープされた領域２４１を覆って金属コンタクトを形成することを含む新規な太陽電池形成プロセスを提供する。本発明の実施形態はまた、パターン付きの高濃度にドープされた領域上に同様の形状またはパターン付きの金属コンタクト構造を確実に位置決めしてオーミックコンタクトの作製を可能にするために使用される検査システムおよび支持ハードウェアを提供する。図２Ａは、高濃度にドープされた領域２４１およびフィンガ２６０などのパターン付きの金属コンタクト構造２４２が形成された基板２５０の表面２５１の平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す横断線２Ｂ−２Ｂで切り取った側面横断面図であり、高濃度にドープされた領域２４１上に金属フィンガ２６０が配置された表面２５１の一部分を示す。上記で論じたように、フィンガ２６０および母線２６１などの金属コンタクト構造は、高濃度にドープされた領域２４１上に形成され、したがってこれらの２つの領域間に高品質の電気的接続を形成することができる。太陽電池の性能には、低抵抗の安定したコンタクトが重要である。高濃度にドープされた領域２４１は通常、基板２５０のうち、約５０オームパースクエア（Ω／□）未満のシート抵抗を有する部分を含む。一実施形態では、高濃度にドープされた領域２４１は、シリコン基板内に形成され、約１０１８原子／ｃｍ３より高いドープレベルを有する。パターン付きタイプの高濃度にドープされた領域２４１は、当技術分野では周知の従来のリソグラフィおよびイオン注入技法または従来の誘電体マスキングおよび高温炉拡散技法によって形成することができる。しかし、これらの技法を使用して基板２５０の表面２５１上の形成された高濃度にドープされた領域２４１パターンの実際の位置合せおよび向きを容易に検出する方法は通常存在しないため、従来の技法を使用して高濃度にドープされた領域２４１上に金属コンタクト構造２４２を位置合せおよび堆積させるプロセスは困難である。基板２５０内に形成された高濃度にドープされた領域と低濃度にドープされた領域の両方が反射防止被覆層で覆われた後は、形成された高濃度にドープされた領域２４１パターンの実際の位置合せおよび向きを検出できることは特に困難であると考えられる。
【００２１】
したがって、本発明の実施形態は、まずパターン付きの高濃度にドープされた領域２４１の実際の位置合せおよび向きを検出し、次いで収集された情報を使用して、高濃度にドープされた領域２４１の表面上にパターン付きの金属コンタクトを形成する方法を提供する。図４Ａは、基板２５０の表面上に形成された高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０の実際の位置合せおよび向きを決定するように構成される光学検査システム４００の一実施形態を示す。光学検査システム４００は通常、所望の波長で放射を放出するように構成される放射源４０２および４０３などの１つまたは複数の電磁放射源と、反射された放射または吸収されない放射を捕獲するように構成される検出器アセンブリ４０１とを収容し、したがって基板２５０の他の高濃度にドープされない領域に対する高濃度にドープされた領域２４１の位置合せおよび向きを光学的に決定することができる。次いで、検出器アセンブリ４０１によって収集された向きおよび位置合せデータはシステム制御部１０１へ送達され、システム制御部１０１は、パターン付きの金属化技法を使用することによって高濃度にドープされた領域２４１の表面上のフィンガ２６０などの金属コンタクト構造の配列を調整および制御するように構成される。パターン付きの金属化技法には、スクリーン印刷プロセス、インクジェット印刷プロセス、リソグラフィおよびブランケット金属堆積プロセス、または他の類似のパターン付きの金属化プロセスを含むことができる。一実施形態では、金属コンタクトは、図３Ａ〜３Ｄに関連して以下に論じるように、スクリーン印刷システム１００内で実行されるスクリーン印刷プロセスを使用して基板２５０の表面上に配置される。
【００２２】
シリコン基板内で高濃度にドープされた領域２４１が形成される構成では、紫外（ＵＶ）および赤外（ＩＲ）の波長領域内の波長で放出される電磁放射は、シリコン基板または高濃度にドープされた領域によって優先的に吸収、反射、または透過されると考えられる。したがって、放出された放射の透過、吸収、または反射の差を使用して、検出器アセンブリ４０１およびシステム制御部１０１によって分解できる何らかの認識可能なコントラストを生じさせることができる。一実施形態では、約８５０ｎｍ〜４ミクロン（μｍ）の波長で電磁放射を放出することが望ましい。一実施形態では、放射源４０２および４０３の１つまたは複数は、１つまたは複数の所望の波長の光を送達する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００２３】
一実施形態では、光学検査システム４００は、基板のうち検出器アセンブリ４０１が配置される面とは反対側である基板２５０の表面２５２へ電磁放射「Ｂ１」を送達するように構成される放射源４０２を有する。一例では、放射源４０２は、太陽電池基板２５０の裏面に隣接して配置され、検出器アセンブリ４０１は、基板２５０の前面に隣接して配置される。この構成では、約１０６０ｎｍより大きいものなど、シリコンの吸収端より大きい光放射を使用することが望ましく、それによってその放出された電磁放射「Ｂ１」に基板２５０を通過させ、経路「Ｃ」をたどって検出器アセンブリ４０１へ送達することができる。太陽電池の適用分野では、通常低濃度にドープされたシリコン基板（たとえば、１０１７原子／ｃｍ３未満）に対して、高濃度にドープされた領域内で高いドープレベル（たとえば、１０１８原子／ｃｍ３超）が通常使用されるため、吸収または透過特性は、これらの波長内でこれらの領域のそれぞれに対して著しく異なると考えられる。一実施形態では、放出される波長を約１．１μｍ〜約１．５μｍの範囲内に制限することが望ましい。一例では、高濃度にドープされた領域は、少なくとも５０オームパースクエアのシート抵抗を有する。
【００２４】
光学検査システム４００の別の実施形態では、放射源４０３は、基板のうち検出器アセンブリ４０１と同じ面にある基板２５０の表面２５１へ電磁放射「Ｂ２」を送達するように構成され、したがって放出される波長の１つまたは複数は、基板２５０の一部分または高濃度にドープされた領域２４１によって吸収または反射され、経路「Ｃ」をたどってカメラへ送達される。この構成では、検出器アセンブリ４０１によって領域間の所望のコントラストを検出できるまで、約３００ｎｍ〜４ミクロン（μｍ）の波長で光放射を放出することが望ましい。一例では、約８５０ｎｍ〜４ミクロン（μｍ）の波長で光放射を放出することが望ましい。別の例では、青色から近ＵＶの範囲（たとえば、３００〜４５０ｎｍ）の波長など、より短い波長の光を放出する放射源４０３を使用することが望ましい。この範囲は、反射型モードの光学検出技法を使用するとき、改善された光学コントラストを提供すると考えられるためである。
【００２５】
光学検査システム４００の一実施形態では、２つの放射源４０２および４０３ならびに１つまたは複数の検出器アセンブリ４０１を使用して、基板２５０の表面上で高濃度にドープされた領域２４１のパターンをさらに検出するのを助ける。この場合、同じ波長または異なる波長で放射を放出するように、放射源４０２および４０３を構成することが望ましいであろう。
【００２６】
検出器アセンブリ４０１は、１つまたは複数の波長の受け取った電磁放射の強度を測定するように構成される電磁放射検出器、カメラ、または他の類似のデバイスを含む。一実施形態では、検出器アセンブリ４０１は、放射源４０２または４０３の１つまたは複数によって放出される所望の波長範囲内で基板の表面上のフィーチャを検出および分解するように構成されるカメラ４０１Ａを含む。一実施形態では、カメラ４０１Ａは、検出信号の信号対雑音比を強化するために冷却ＣＣＤアレイを有するＩｎＧａＡｓタイプのカメラである。いくつかの構成では、基板２５０の表面２５１とカメラ４０１Ａの間の領域を密閉または保護することによって、検出器アセンブリ４０１と周囲の光を分離することが望ましい。
【００２７】
一実施形態では、検出器アセンブリ４０１はまた、カメラ４０１Ａと基板の表面２５１の間に配置される１つまたは複数の光フィルタ（図示せず）を含む。この構成では、光フィルタは、特定の所望の波長だけをカメラ４０１Ａへ通すように選択され、それによって、カメラ４０１Ａによって受け取られている望ましくないエネルギーの量を低減させ、検出される放射の信号対雑音比を改善する。光フィルタは、たとえばＢａｒｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．またはＡｎｄｏｖｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから購入した帯域通過フィルタ、狭帯域フィルタ、光学端フィルタ、ノッチフィルタ、または広帯域フィルタとすることができる。本発明の別の態様では、放射源４０２または４０３と基板２５０の間に光フィルタを追加して、基板上へ投射されてカメラ４０１Ａによって検出される波長を限定する。この構成では、広い範囲の波長を送達できる放射源４０２または４０３を選択し、フィルタを使用して基板の表面に当たる波長を限定することが望ましいであろう。
【００２８】
図３Ａは、光学検査システム４００を使用して太陽電池基板２５０の表面上に金属コンタクトを所望のパターンで形成するために本発明の実施形態と一緒に使用できるスクリーン印刷システム、またはシステム１００の一実施形態を示す概略等角図であり、図３Ｂはその概略平面図である。一実施形態では、システム１００は、引込みコンベア１１１、回転アクチュエータアセンブリ１３０、スクリーン印刷チャンバ１０２、および送出コンベア１１２を備える。引込みコンベア１１１は、投入コンベア１１３などの入力デバイス（すなわち、図３Ｂの経路「Ａ」）から基板２５０を受け取り、回転アクチュエータアセンブリ１３０に結合された印刷ネスト１３１へ基板２５０を搬送するように構成することができる。送出コンベア１１２は、回転アクチュエータアセンブリ１３０に結合された印刷ネスト１３１から加工された基板２５０を受け取り、出口コンベア１１４などの基板取出しデバイス（すなわち、図３Ｂの経路「Ｅ」）へ基板２５０を搬送するように構成することができる。投入コンベア１１３および出口コンベア１１４は、より大きい生産ラインの一部である自動化された基板取扱いデバイスとすることができる。たとえば、投入コンベア１１３および出口コンベア１１４は、Ｓｏｆｔｌｉｎｅ（商標）という器具の一部とすることができ、システム１００は、そのモジュールとすることができる。
【００２９】
回転アクチュエータアセンブリ１３０は、回転アクチュエータ（図示せず）およびシステム制御部１０１によって「Ｆ」軸の周りを回転させて角度的に位置決めすることができ、したがって印刷ネスト１３１は、システム１００内で選択的に角度的に位置決めすることができる（たとえば、図３Ｂの経路「Ｄ１」および「Ｄ２」）。回転アクチュエータアセンブリ１３０はまた、システム１００内で基板加工シーケンスを実行するために使用される印刷ネスト１３１または他の自動化されたデバイスの制御を容易にするために、１つまたは複数の支持構成要素を有することができる。
【００３０】
一実施形態では、回転アクチュエータアセンブリ１３０は、４つの印刷ネスト１３１、または基板支持体を含み、印刷ネスト１３１はそれぞれ、スクリーン印刷チャンバ１０２内で実行されるスクリーン印刷プロセス中、基板２５０を支持する。図３Ｂは、回転アクチュエータアセンブリ１３０の位置を概略的に示し、１つの印刷ネスト１３１は、引込みコンベア１１１から基板２５０を受け取るように位置「１」にあり、別の印刷ネスト１３１は、別の基板２５０がその表面上でスクリーン印刷されたパターンを受け取ることができるようにスクリーン印刷チャンバ１０２内の位置「２」にあり、別の印刷ネスト１３１は、加工された基板２５０を送出コンベア１１２へ搬送するために位置「３」にあり、別の印刷ネスト１３１は、位置「１」と位置「３」の間の中間段階である位置「４」にある。
【００３１】
図３Ｃに示すように、印刷ネスト１３１は通常、送りスプール１３５、巻取りスプール１３６、ローラ１４０、および１つまたは複数のアクチュエータ１４８を有するコンベアアセンブリ１３９からなる。アクチュエータ１４８は、プラテン１３８全体にわたって位置決めされた支持材料１３７を送って保持する送りスプール１３５および／または巻取りスプール１３６に結合される。プラテン１３８は通常、基板支持表面を有し、スクリーン印刷チャンバ１０２内で実行されるスクリーン印刷プロセス中、基板支持表面上に基板２５０および支持材料１３７が位置決めされる。一実施形態では、支持材料１３７は多孔質材料であり、従来の真空生成デバイス（たとえば、真空ポンプ、真空エジェクタ）により支持材料１３７の反対側に真空を印加することによって、支持材料１３７の片側に配置される基板２５０をプラテン１３８上で保持することができる。一実施形態では、プラテン１３８の基板支持表面１３８Ａ内に形成された真空ポート（図示せず）へ真空が印加され、したがって基板をプラテンの基板支持表面１３８Ａへ「チャック」することができる。一実施形態では、支持材料１３７はたとえば、タバコに使用される種類の発散可能な紙、または同じ機能を実行するプラスチックもしくは繊維材料などの別の類似の材料からなる発散可能な材料である。一例では、支持材料１３７は、ベンゼンラインを含有しないタバコ紙である。
【００３２】
一構成では、アクチュエータ１４８は、送りスプール１３５および巻取りスプール１３６に結合され、またはこれらと係合するように適合され、したがって支持材料１３７上に位置決めされた基板２５０の動きを、印刷ネスト１３１内で精密に制御することができる。一実施形態では、送りスプール１３５と巻取りスプール１３６はそれぞれ、１本の支持材料１３７の対向する端部を受け取る。一実施形態では、アクチュエータ１４８はそれぞれ、プラテン１３８全体にわたって支持材料１３７の運動および位置を制御するために、送りスプール１３５および／または巻取りスプール１３６上に位置決めされた支持材料１３７の表面に結合または接触している１つまたは複数の駆動輪１４７を収容する。
【００３３】
一実施形態では、システム１００は、位置「１」の印刷ネスト１３１上に位置する基板２５０を検査する検査アセンブリ２００を含む。検査アセンブリ２００は、位置「１」の印刷ネスト１３１上に位置する、入ってくるまたは加工された基板２５０を検査するように位置決めされた１つまたは複数のカメラ１２１を含むことができる。この構成では、検査アセンブリ２００は、印刷ネスト１３１上の基板２５０の向きおよび位置を分析するために使用される検査を行って検査結果をシステム制御部１０１へ通信することが可能な少なくとも１つのカメラ１２１（たとえば、ＣＣＤカメラ）および他の電子構成要素を含む。別の実施形態では、検査アセンブリ２００は、上記で論じた光学検査システム４００を備える。
【００３４】
スクリーン印刷チャンバ１０２は、スクリーン印刷プロセス中、位置「２」の印刷ネスト１３１上に位置決めされた基板２５０の表面上に材料を所望のパターンで堆積させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、複数のアクチュエータ、たとえばアクチュエータ１０２Ａ（たとえば、ステッパモータまたはサーボモータ）を含む。これらのアクチュエータは、システム制御部１０１と通信し、印刷されている基板２５０に対するスクリーン印刷チャンバ１０２内に配置されたスクリーン印刷マスク１０２Ｂ（図３Ｂ）の位置および／または角度的な向きを調整するために使用される。一実施形態では、スクリーン印刷マスク１０２Ｂは金属シートまたは金属板であり、孔、スロット、または他の開口などの複数のフィーチャ１０２Ｃ（図３Ｂ）が、スクリーン印刷マスク１０２Ｂを貫通して形成され、基板２５０の表面上のスクリーン印刷された材料（すなわち、インクまたはペースト）のパターンおよび配列を画定する。通常、基板２５０の表面上に堆積されるスクリーン印刷されたパターンは、アクチュエータ１０２Ａ、およびシステム制御部１０１によって検査アセンブリ２００から受け取られる情報を使用して、基板表面上の所望の位置にスクリーン印刷マスク１０２Ｂを向けることによって、自動化された形で基板２５０に位置合せされる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、幅約１２５ｍｍ〜１５６ｍｍおよび長さ約７０ｍｍ〜１５６ｍｍを有する太陽電池基板上に金属含有材料または誘電体含有材料を堆積させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、基板の表面上に金属含有ペーストを堆積させて基板の表面上に金属コンタクト構造を形成する。
【００３５】
システム制御部１０１は、全体的なシステム１００の制御および自動化を容易にし、中央演算処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、および支持回路（またはＩ／Ｏ）（図示せず）を含むことができる。ＣＰＵは、様々なチャンバプロセスおよびハードウェア（たとえば、コンベア、光学検査アセンブリ、モータ、流体送達ハードウェアなど）を制御するために産業用の設定で使用される任意の形式のコンピュータ処理装置の１つとすることができ、システムおよびチャンバプロセス（たとえば、基板の位置、プロセス時間、検出器信号など）を監視することができる。メモリは、ＣＰＵに接続され、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形式のローカルもしくは遠隔のデジタル記憶域など、容易に入手可能なメモリの１つまたは複数とすることができる。ソフトウェア命令およびデータは、ＣＰＵに命令するように、コード化してメモリ内に記憶することができる。支持回路はまた、処理装置を従来の形で支持するように、ＣＰＵに接続される。支持回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含むことができる。システム制御部１０１によって読取り可能なプログラム（またはコンピュータ命令）は、どのタスクが基板上で実行可能であるかを決定する。プログラムは、システム制御部１０１によって読取り可能なソフトウェアであることが好ましく、少なくとも基板の位置情報、様々な制御される構成要素の動きシーケンス、基板の光学検査システム情報、およびこれらの任意の組合せを生成および記憶するためのコードを含む。本発明の一実施形態では、システム制御部１０１は、図４Ａ〜４Ｂ、９Ａ〜９Ｄ、および１０に関して後述するように高濃度にドープされた領域２４１および／または位置合せマーク８０１の位置を分解するために、パターン認識ソフトウェアを含む。
【００３６】
基板表面２５１上に形成される高濃度にドープされた領域２４１の位置合せおよび向きを直接決定してから、その上にパターン付きの導電層を形成するために、システム制御部１０１は、１つまたは複数の光学検査システム４００を使用して所望のデータを収集することができる。図４Ｂは、印刷ネスト１３１および光学検査アセンブリ２００の一部内へ組み込まれる光学検査システム４００の一実施形態を示す。一実施形態では、検査アセンブリ２００は、カメラ４０１Ａおよび印刷ネスト１３１を備え、印刷ネスト１３１は、コンベアアセンブリ１３９、支持材料１３７、プラテン１３８、および放射源４０２を備える。この構成では、放射源４０２は、基板２５０が「チャック」された支持材料１３７およびプラテン１３８を通って基板２５０の表面２５２へ電磁放射「Ｂ１」を放出する。次いで、放出された電磁放射「Ｂ１」は、基板の一部分を通過し、経路「Ｃ」をたどってカメラ４０１Ａへ進む。カメラ４０１Ａは、放出された放射の一部分を受け取るように位置決めされる。通常、支持材料１３７およびプラテン１３８は、カメラ４０１Ａおよびシステム制御部１０１によって受け取って加工される電磁放射の信号対雑音比に著しい影響を与えない材料から作製され、そのような厚さを有する。一実施形態では、プラテン１３８は、ＵＶおよびＩＲ波長の光を著しく阻止しないサファイアなどの光透過性の材料から形成される。上記で論じたように、別の実施形態では、放射源４０３は、支持材料１３７およびプラテン１３８上に位置決めされる基板２５０の表面２５１へ電磁放射「Ｂ２」を送達するように構成され、したがって放出された波長の１つまたは複数は、基板２５０の一部分によって吸収または反射され、経路「Ｃ」をたどってカメラ４０１Ａへ送達される。
【００３７】
図３Ｄは、印刷ネスト１３１上に配置された基板２５０の表面２５１を検査するように位置決めされた検査アセンブリ２００を示す回転アクチュエータアセンブリ１３０の一実施形態の概略等角図である。一実施形態では、基板２５０の表面２５１上にカメラ４０１Ａが位置決めされ、したがってカメラ１２１の視野１２２は、表面２５１の少なくとも１つの領域を検査することができる。カメラ４０１Ａによって受け取られる情報は、システム制御部１０１からアクチュエータ１０２Ａへ送られたコマンドを使用することによって、スクリーン印刷マスク、したがって後に堆積される材料と高濃度にドープされた領域２４１を位置合せするために使用される。通常のプロセスシーケンス中、各印刷ネスト１３１上に位置決めされた各基板２５０に対して、高濃度にドープされた領域２４１の位置情報データを収集してから、スクリーン印刷チャンバ１０２へ送達する。検査アセンブリ２００はまた、印刷ネスト１３１上に位置決めされた基板２５０の異なる領域を見る複数の光学検査システム４００を含むことができ、それによって基板上に形成されたパターン２３０をより良好に分解するのを助ける。図１０は、基板２５０の表面２５１上に形成されたパターン２３０の異なる位置を見るように位置決めされる複数のカメラ４０１Ｂ〜４０１Ｄを有する光学検査システム４００の一構成を示す。一実施形態では、複数のカメラ４０１Ｂ〜４０１Ｄはそれぞれ、表面２５１上に形成されたパターン２３０および／または１つもしくは複数の位置合せマーク８０１（図１０）の異なる位置を見るように位置決めされる。
【００３８】
太陽電池形成プロセス
本発明の実施形態はまた、一般に、より高性能の太陽電池デバイスを作るために改善された前面金属化プロセスを含む新規な太陽電池形成プロセスを提供する。従来の前面金属化堆積プロセスは、太陽電池基板のテキスチャ付きの前面内に配置される高濃度にドープされた領域上に金属コンタクト構造（たとえば、フィンガおよび母線）を形成することを含む。典型的なテキスチャリングプロセスでは、約１ミクロン（μｍ）〜約１０μｍの粗さを有する表面を提供する。テキスチャ付きの表面上にフィンガおよび母線を形成するために使用される金属含有材料の堆積は、堆積された金属が覆わなければならない表面の面積が、テキスチャの付いていない表面に対して増大するため、形成されるフィンガおよび母線の電気抵抗に大きな影響を与える可能性がある。同様に、テキスチャ付きの表面の粗さはまた、形成プロセス中にドーパント原子が通過するこれらの領域の表面積が、テキスチャの付いていない表面に対して増大するため、形成される高濃度にドープされた領域の空間分解能に大きな影響を与える。また、上記のように、従来の検査技法では通常、基板表面上の高濃度にドープされた領域の位置を光学的に決定することができない。したがって、低抵抗の金属コンタクト構造を形成できる改善された太陽電池形成プロセスも必要とされている。また、高濃度にドープされた領域２４１とフィンガおよび母線の間に完全なオーミックコンタクトを作るように、高濃度にドープされた領域上でフィンガおよび母線を確実に位置決めすることが望ましい。さらに、前面のうちテキスチャの付いていない領域上にフィンガおよび母線を形成できる太陽電池形成プロセスを作ることが望ましい。
【００３９】
全体的な太陽電池形成処理ステップ
図５Ａ〜５Ｇは、表面２５１上に金属コンタクト構造が形成された太陽電池３００デバイスを形成するために使用される加工シーケンスの異なる段階中の太陽電池基板２５０の概略横断面図を示す。図６Ａは、太陽電池３００上に活性領域および／または金属コンタクト構造を形成するために使用されるプロセスシーケンス６００Ａを示す。図６Ａに見られるシーケンスは、本明細書に論じる図５Ａ〜５Ｇに示す段階に対応する。
【００４０】
ボックス６０２では、図５Ａおよび６Ａに示すように、基板２５０の表面を洗浄して、あらゆる望ましくない材料または粗さを除去する。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板を洗浄液に露出させるバッチ洗浄プロセスを使用して実行することができる。基板は、洗浄液で噴霧、浸水、または浸漬させる湿式洗浄プロセスを使用して洗浄することができる。洗浄液は、従来のＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、ＨＦ−ｌａｓｔタイプの洗浄液、オゾン化水洗浄液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切かつ費用効果の高い洗浄液とすることができる。洗浄プロセスは、約１２０秒など、約５秒〜約６００秒にわたって基板上で実行することができる。別の実施形態では、湿式洗浄プロセスは２ステッププロセスを含むことができ、まず基板上でのこぎり損傷除去ステップが実行され、次いで第２の前洗浄ステップが実行される。一実施形態では、のこぎり損傷除去ステップは、所望の期間にわたって約７０℃で維持される水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む水溶液に基板を露出させることを含む。
【００４１】
ボックス６０４では、図５Ｂおよび６Ａに示すように、基板２５０の表面２５１上に形成された１つまたは複数の分離領域３１８上に、第１のドーパント材料３２９が堆積される。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ゴム印、または他の類似のプロセスを使用することによって、所望のパターン２３０（図２Ａ）で堆積または印刷される。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、図３Ａ〜３Ｄおよび４Ａ〜４Ｂに関連して論じたスクリーン印刷プロセスを使用して堆積される。一実施形態では、スクリーン印刷プロセスは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．の一部門であるＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａから入手可能なＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）という器具によって実行される。第１のドーパント材料３２９は初め、液体、ペースト、またはゲルとすることができ、後の加工ステップで基板２５０内に高濃度にドープされた領域２４１を形成するために使用される。通常、第１のドーパント材料３２９は、後のテキスチャ化ステップ（ボックス６０６）中にマスクとして働くことができるように調合される。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、テキスチャ化プロセスの化学的性質によって侵食されない、１つまたは複数の後の加工ステップ中に信頼性が高いマスキング材料になることが構造上可能な有機および／またはガラス状の材料を含有するように調合される。場合によっては、第１のドーパント材料３２９を表面２５１上に配置した後、基板を所望の温度に加熱して、第１のドーパント材料３２９を硬化させ、密度を高くし、かつ／または表面２５１との結合を形成させる。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、ｐ型にドープされた基板１１０上に配置されるｎ型ドーパントを含有するゲルまたはペーストである。シリコン太陽電池の製造で使用される典型的なｎ型ドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ）などの元素である。一例では、第１のドーパント材料３２９は、リン酸カルシウムまたはリン酸バリウムが中に配置されたゲルまたはペーストを含む。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、リン含有ドーパントペーストであり、表面２５１上に堆積され、次いで約８０〜約５００℃の温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、リン酸シリケートガラス前駆体、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および／またはこれらの様々なアンモニウム塩からなる群から選択された材料を含有することができる。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、ケイ素に対して約２〜約３０原子％のリンを含有するリン酸シリケートゲルまたはペーストである。別の実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、リン含有ガラス材料などのガラスフリットを含有するドーパントと、テキスチャエッチングの化学的性質からの化学的侵食に耐えるように構成される接着剤材料とを含む。別の実施形態では、第１のドーパント材料３２９は有機接着剤材料を含むことができ、その中に、リンでドープされた非晶質シリコン粒子が配置される。場合によっては、第１のドーパント材料３２９は、湿式テキスチャエッチングの化学的性質からの侵食に耐えるように選択される疎水性の接着剤材料を含有する。上記の議論は、ｐ型基板とともに使用されるｎ型ドーパントの使用例を提供するが、ｎ型基板とともにｐ型ドーパント（たとえば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ））が使用されることも企図されるため、この構成は、本明細書に記載の本発明の範囲に関して限定しようとするものではない。
【００４２】
ボックス６０６では、図５Ｃおよび６Ａに示すように、基板２５０の表面２５１上でテキスチャ化プロセスを実行して、テキスチャ付きの表面３５１を形成する。一実施形態では、表面２５１は、太陽電池が形成された後、日光を受け取る太陽電池基板の前面である。一例では、基板は、約７９〜８０℃の温度で約３０分にわたって維持される、約２．７体積％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）および約４５００ｐｐｍの３００ＭＷのＰＥＧを含むエッチング溶液内でエッチングされる。例示的なテキスチャ化プロセスの一例は、２００９年３月２３日出願の米国特許出願第１２／３８３，３５０号（代理人整理番号第ＡＰＰＭ／１３３２３号）にさらに記載されている。同出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。
【００４３】
ボックス６０８では、図５Ｄおよび６Ａに示すように、基板を約８００℃より高い温度に加熱して、第１のドーパント材料３２９内のドープ元素を表面２５１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域２４１を形成する。したがって、第１のドーパント材料３２９は、テキスチャの化学的性質に対するマスクとして働くように調合されるため、高濃度にドープされた領域２４１は通常、光学検査技法によって、さらには裸眼でも容易に認識可能なテキスチャの付いていない比較的平坦な領域３４１を構成する。一実施形態では、加熱プロセス中に第１のドーパント材料３２９の一部分を蒸発させて、その蒸気で基板表面２５１の他の露出された領域３２８を低濃度にドープし、太陽電池デバイスの接合部分を形成するのを助けることが望ましい。一実施形態では、基板は、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはこれらの組合せの存在下で約１〜約１２０分にわたって約８００℃〜約１３００℃の温度に加熱される。一例では、基板は、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）チャンバ内の窒素（Ｎ２）を多く含む環境で約５分にわたって約１０００℃の温度に加熱される。ボックス６０８内のプロセスを実行した後、高濃度にドープされた領域２４１は通常、ボックス６０４で実行されたプロセス中に表面２５１上に配置された第１のドーパント材料３２９の形状およびパターンに整合する形状およびパターンを有する。一例では、図２Ａに概略的に示すように、形成された高濃度にドープされた領域２４１のパターンは、フィンガ２６０および母線２６１など、パターン付きの金属コンタクト構造２４２内に収容された要素に整合するように構成される。したがって表面２５１は、図５Ｄに示すように、テキスチャの付いていない平坦な領域３４１およびテキスチャ付きの領域（たとえば、テキスチャ付きの表面３５１）の領域を包含する。
【００４４】
一実施形態では、ボックス６０８で実行されるプロセスを完了した後、基板２５０上で任意選択の洗浄プロセスを実行して、あらゆる望ましくない残留物の除去および／または不活性化された表面の形成を行う。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板の表面を洗浄液で濡らすことによって実行することができる。一実施形態では、洗浄プロセスは、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、ＨＦ−ｌａｓｔタイプの洗浄液、オゾン化水溶液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切かつ費用効果の高い洗浄プロセスなどの洗浄液で基板を濡らすことによって実行することができる。洗浄プロセスは、約３０秒〜約２４０秒など、約５秒〜約６００秒、たとえば約１２０秒にわたって基板上で実行することができる。
【００４５】
ボックス６１０では、図５Ｅおよび６Ａに示すように、表面２５１上に反射防止層３５４が形成される。一実施形態では、反射防止層３５４は、薄い不活性化／反射防止層（たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン層）を含む。別の実施形態では、反射防止層３５４は、薄い不活性化／反射防止層（たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン層）および透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層を含む。一実施形態では、不活性化／反射防止層は、薄い（２０〜１００Å）真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層と、それに続くＡＲＣ層（たとえば、窒化シリコン）とを含むことができる。ＡＲＣ層は、物理気相成長プロセス（ＰＶＤ）または化学気相成長プロセスを使用することによって堆積させることができる。
【００４６】
ボックス６１２では、図５Ｆおよび６Ａに示すように、後に堆積される金属層と高濃度にドープされた領域２４１を密接に接触できるように、反射防止層３５４の一部分を任意選択でエッチングして、高濃度にドープされた領域２４１の領域３６１を露出させる。一例では、エッチングされたパターンは、図２Ａに示すものなど、高濃度にドープされた領域２４１を形成するために使用されるパターンに整合する。反射防止層３５４にパターンを付けるために使用できる典型的なエッチングプロセスは、それだけに限定されるものではないが、パターニングおよび乾式エッチング技法、レーザアブレーション技法、パターニングおよび湿式エッチング技法、または他の類似のプロセスを含むことができる。一実施形態では、本明細書で論じる図３Ａ〜３Ｂおよび７に示すスクリーン印刷プロセスおよびシステムを使用して、表面２５１上にエッチングゲルが配置される。一実施形態では、スクリーン印刷プロセスは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．の一部門であるＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａから入手可能なＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）という器具によって実行される。１つまたは複数のパターン付きの層を形成するために使用できるエッチングゲルタイプの乾式エッチングプロセスの一例は、２００８年１１月１９日出願の本発明の譲受人に譲渡された同時係属の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号第ＡＰＰＭ１２９７４．０２号］でさらに論じている。同出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。
【００４７】
ボックス６１４では、図５Ｇおよび６Ａに示すように、基板２５０の表面２５１上の高濃度にドープされた領域２４１上に、導電層３７０がパターン付きで堆積される。一実施形態では、形成される導電層３７０は、厚さ約５００〜約５０，０００オングストローム（Å）、幅約１０μｍ〜約２００μｍであり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。一例では、導電層３７０は、銀（Ａｇ）または錫（Ｓｎ）を含有する金属ペーストである。
【００４８】
ボックス６１４中に実行されるプロセスの一実施形態では、図７に示すように、導電層３７０は、システム１００およびプロセスシーケンス７００に見られる加工ステップを使用して、基板２５０の表面２５１上にスクリーン印刷される。プロセスシーケンス７００は、ステップ７０２から開始し、位置「１」にある印刷ネスト１３１が、引込みコンベア１１１から基板２５０を受け取り、プラテン１３８上で基板を「チャック」する。
【００４９】
次に、ステップ７０４では、システム制御部１０１および光学検査システム４００を使用して、放射源４０２および／または４０３の１つによって放出され、カメラ４０１Ａによって受け取られる電磁放射を使用することによって、高濃度にドープされた領域２４１のパターンを検出する。光学検査システム４００は、図４Ｂに示すものと同様に構成される。
【００５０】
次に、ステップ７０６では、回転アクチュエータアセンブリ１３０が、印刷ネスト１３１をスクリーン印刷チャンバ１０２（たとえば、経路Ｄ１）へ回転させる。次いでステップ７０６では、システム制御部１０１およびアクチュエータ１０２Ａは、ステップ７０４中に受け取ったデータを使用して、所望のスクリーン印刷パターンが形成されたスクリーン印刷マスクの向きおよび位置を、基板２５０上に形成された高濃度にドープされた領域２４１に合わせる。スクリーン印刷マスクが位置合せされた後、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ内に形成されたフィーチャを通って導電層ペーストまたはゲルを送達することによって、高濃度にドープされた領域２４１上に導電層３７０が配置される。次に、加工された基板２５０は、送出コンベア１１２（たとえば、経路Ｄ２）へ送達され、したがって他の後の加工チャンバへ搬送することができる。
【００５１】
ボックス６１４内に包含されるステップ７０４の代替実施形態では、光学検査アセンブリ２００およびシステム制御部１０１は、ボックス６０２〜６１２内に包含される加工ステップ中に形成されるテキスチャ付きの表面３５１と平坦な領域３４１の間に生じるコントラストのため、基板表面２５１上に形成された高濃度にドープされた領域２４１の位置および向きを決定するように構成される。この構成では、光学検査アセンブリ２００は、周囲の光または従来の電球もしくはランプからの光を使用して、表面粗さの変動のため、形成されたパターンを検出できるカメラまたは他の類似のデバイスを含む。一実施形態では、光学検査アセンブリ２００の視野は、表面２５１（図８Ａ）上に見られるテキスチャ付きの表面３５１の領域に対して平坦な領域３４１を見て分解できるように位置決めされる。次に、光学検査アセンブリ２００から受け取った情報を使用して、システム制御部１０１は、上記に論じたステップに従って、平坦な領域３４１、したがって高濃度にドープされた領域２４１上の導電層３７０の堆積を制御する。
【００５２】
図６Ａを参照すると、ボックス６１６では、導電層３７０へ熱を送達して、導電層３７０内の金属に、高濃度にドープされた領域２４１への電気的接続を形成させる。加熱プロセスは、システム１００のスクリーン印刷部に隣接する加熱器内で実行することができる。ボックス６１６内のプロセスステップを実行するために使用できる加熱器の一例は、２００８年１０月２４日出願の本発明の譲受人に譲渡された同時係属の米国特許出願第１２／２７４，０２３号［代理人整理番号第ＡＰＰＭ１４１１８号］にさらに記載されている。同出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。
【００５３】
代替基板加工シーケンス
図６Ｂは、太陽電池３００デバイスを形成する加工シーケンス６００Ａの代替実施形態、または加工シーケンス６００Ｂを示す。この加工シーケンスでは、２つの別個のドープステップを使用して、基板２５０の表面２５１上に金属コンタクト構造が形成される。全体として、図６Ａに関連して上述した加工ステップは、以下に論じるように追加の加工ステップまたはボックス６０３が追加され、元の加工ステップ６０４および６０８が修正された（たとえば、ボックス６０４Ａおよび６０８Ａ）ことを除いて、新しい加工シーケンス６００Ｂ内のステップと同じである。
【００５４】
ボックス６０３では、ボックス６０２内のステップを任意選択で実行した後、拡散炉タイプのドープ技法など、従来のドープ技法を使用して基板表面２５１がドープされる。一例では、基板表面２５１で基板２５０内に形成されるドープされた層は、上述の高濃度にドープされた領域に類似の特性を有する高濃度にドープされた領域である。一実施形態では、従来のドープ技法は、基板を約８００℃より高い温度に加熱してドープ元素を表面２５１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域を形成するドーパント活性化ステップを含む。
【００５５】
一実施形態では、ボックス６０３で実行したプロセスを完了した後、基板２５０上で任意選択の洗浄プロセスを実行して、あらゆる望ましくない残留物の除去および／または不活性化された表面の形成を行う。一実施形態では、任意選択の洗浄プロセスは、図６Ａに関連して上述したプロセスに類似している。
【００５６】
ボックス６０４Ａでは、ボックス６０３内のステップを任意選択で実行した後、基板２５０の表面２５１上に形成された１つまたは複数の分離領域上へマスキング材料が堆積される。一実施形態では、マスキング材料は、スクリーン印刷プロセスなど、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ゴム印、または他の類似のプロセスを使用することによって、所望のパターン２３０（図２Ａ）で堆積または印刷される。マスキング材料は、上記で論じた第１のドープ材料３２９に類似しているが、通常、ドーパント含有材料の追加を含まない。マスキング材料は初め、液体、ペースト、またはゲルとすることができる。通常、マスキング材料は、後のテキスチャ化ステップ（ボックス６０６）中にマスクとして働くことができるように調合される。一実施形態では、マスキング材料は、テキスチャ化プロセスの化学的性質によって侵食されない、１つまたは複数の後の加工ステップ中に信頼性が高いマスキング材料になることが構造上可能な有機および／またはガラス状の材料を含有するように調合される。場合によっては、マスキング材料を表面２５１上に配置した後、基板を所望の温度に加熱して、マスキング材料を硬化させ、密度を高くし、かつ／または表面２５１との結合を形成させる。一実施形態では、マスキング材料は、スクリーン印刷可能な二酸化シリコン（ＳｉＯ２）含有材料など、エッチングに耐える材料である。
【００５７】
ボックス６０６では、図６Ｂに示すように、基板２５０の表面２５１上でテキスチャ化プロセスを実行して、図５Ｃに示すテキスチャ付きの表面３５１に類似のテキスチャ付きの表面を、表面２５１上に形成する。一実施形態では、表面２５１のうち、ボックス６０４Ａで堆積されたマスキング材料によって覆われていない領域は、エッチングで除去される。ボックス６０６で実行されるプロセスの一実施形態では、ボックス６０３中に形成された高濃度にドープされた領域の少なくとも大部分が除去されるまで、テキスチャリングプロセスが実行される。一実施形態では、基板は、ボックス６０６中に実行されるプロセスに関連して上述したプロセスに類似のエッチング溶液およびプロセスでエッチングされる。
【００５８】
一実施形態では、マスキング材料は、テキスチャ化プロセス中にエッチングされるように調合される。したがって、ボックス６０４Ａおよび６０６で実行されるプロセスの一実施形態では、所望の厚さのマスキング材料が基板の表面上に堆積され、したがってマスキング材料の下に配置された基板材料は、テキスチャリングプロセスが完了し、または少なくともほぼ完了するまで、ほとんど侵食されないままである。この構成により、上記で論じた光学検査システムは、後のステップで、表面粗さのコントラストのため、基板のうち高濃度にドープされた領域（たとえば、ボックス６０３で形成される）と他の領域をより容易に区別することができる。
【００５９】
ボックス６０８Ａでは、ボックス６０６内のステップを実行した後、拡散炉タイプのドープ技法など、従来のドープ技法を使用して基板表面２５１がドープされる。一例では、基板表面２５１で基板２５０内に形成されるドープされた層は、低濃度にドープされた領域であり、約５０オームパースクエア（Ω／□）より大きいシート抵抗を有する。一実施形態では、従来のドープ技法は、基板を約８００℃より高い温度に加熱してドープ元素を表面２５１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域を形成するドーパント活性化ステップを含む。一実施形態では、ボックス６０３および６０８Ａで実行されるプロセス中に提供されるドーパント原子は、同じ種類のドーパント原子であり、たとえばリン、ヒ素、またはホウ素である。別の実施形態では、ボックス６０３および６０８Ａで実行されるプロセス中に提供されるドーパント原子は、異なるドーパント原子である。
【００６０】
ボックス６０８Ａのプロセスを実行した後、加熱、水洗い、またはすすぎプロセスステップを使用してマスキング材料が除去され、したがって図５Ｄに示す表面２５１に類似の表面が形成される。一実施形態では、ボックス６０８Ａで実行されるプロセスを完了した後、基板２５０上で任意選択の洗浄プロセスを実行して、あらゆる望ましくない残留物の除去および／または不活性化された表面の形成を行う。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板の表面を洗浄液で濡らすことによって実行することができる。一実施形態では、洗浄プロセスは、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、ＨＦ−ｌａｓｔタイプの洗浄液、オゾン化水溶液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切かつ費用効果の高い洗浄プロセスなどの洗浄液で基板を濡らすことによって実行することができる。洗浄プロセスは、約３０秒〜約２４０秒など、約５秒〜約６００秒、たとえば約１２０秒にわたって基板上で実行することができる。
【００６１】
次に、図６Ｂに関連して上記で論じたように、加工シーケンス６００Ｂは、図６Ａに関連して上記で論じたボックス６１０〜６１６で実行される加工ステップへ続く。したがって、ボックス６１０〜６１６で実行される加工ステップについて、ここでは繰り返さない。
【００６２】
第２の代替基板加工シーケンス
図６Ｃは、太陽電池３００デバイスを形成する加工シーケンス６００Ａの代替実施形態、または加工シーケンス６００Ｃを示す。この加工シーケンスでは、２つの別個のドープステップを使用して、基板２５０の表面２５１上に金属コンタクト構造が形成される。全体として、図６Ａに関連して上述した加工ステップは、以下に論じるように追加の加工ステップまたはボックス６０５が追加され、元の加工ステップ６０８が修正された（たとえば、ボックス６０８Ｂ）ことを除いて、図６Ｃに示す新しい加工シーケンス６００Ｃで開示したステップと同じである。
【００６３】
ボックス６０５では、ボックス６０２およびボックス６０４内のステップを実行した後、基板を約８００℃より高い温度に加熱して、第１のドーパント材料３２９内のドープ元素を基板２５０の表面２５１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域２４１を形成する。この構成では、第１のドーパント材料３２９のうち、蒸発し、基板の露出された領域を後にドープする部分は、後のテキスチャリングプロセスステップ（たとえば、ボックス６０６）で除去することができ、したがって、テキスチャ付きの表面（たとえば、露出された表面）内のドープレベルは、ボックス６０８Ｂ（図６Ｃ）で実行される後のドープステップを使用することによってより容易に制御することができる。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９が配置された基板は、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはこれらの組合せの存在下で約１〜約１２０分にわたって約８００℃〜約１３００℃の温度に加熱される。一例では、基板は、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）チャンバ内の窒素（Ｎ２）を多く含む環境で約５分にわたって約１０００℃の温度に加熱される。ボックス６０５内のプロセスを実行した後、形成された高濃度にドープされた領域２４１は通常、ボックス６０４で実行されたプロセス中に表面２５１上に配置された第１のドーパント材料３２９の形状およびパターンに整合する形状およびパターンを有する。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９の一部分が表面２５１上に残ってテキスチャエッチングマスクとして働くことが望ましい。
【００６４】
一実施形態では、ボックス６０６で、表面２５１のうち、第１のドーパント材料３２９によって覆われていないドープされた領域が、エッチングで除去される。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９は、上記で論じたボックス６０６中に実行されるテキスチャ化プロセス中にエッチングされるように調合される。したがって、ボックス６０４および６０６で実行されるプロセスの一実施形態では、所望の厚さの第１のドーパント材料３２９が基板の表面上に堆積され、したがって第１のドーパント材料３２９の下に配置された基板材料は、テキスチャリングプロセスが完了し、または少なくともほぼ完了するまで、ほとんど侵食されないままである。この構成により、上記で論じた光学検査システムは、後のステップで、表面粗さのコントラストのため、基板のうち高濃度にドープされた領域（たとえば、ボックス６０５で形成される）と他の領域をより容易に区別することができる。
【００６５】
ボックス６０８Ｂでは、図６Ａに関連して上述したボックス６０６内のステップを実行した後、拡散炉タイプのドープ技法など、従来のドープ技法を使用して基板表面２５１がドープされる。一例では、基板２５０内に形成されるドープされた層は、低濃度にドープされた領域であり、約５０オームパースクエア（Ω／□）より大きいシート抵抗を有する。一実施形態では、従来のドープ技法は、基板を約８００℃より高い温度に加熱してドープ元素を表面２５１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域を形成するドーパント活性化ステップを含む。一実施形態では、第１のドーパント材料３２９内に配置され、ボックス６０８Ｂで実行されるプロセス中に提供されるドーパント原子は、同じ種類のドーパント原子であり、たとえばリン、ヒ素、またはホウ素である。別の実施形態では、第１のドーパント材料３２９内に配置され、ボックス６０８Ｂで実行されるプロセス中に提供されるドーパント原子は、異なるドーパント原子である。
【００６６】
一実施形態では、ボックス６０８Ｂのプロセスを実行した後、基板２５０上で任意選択の洗浄プロセスを実行して、あらゆる望ましくない残留物の除去および／または不活性化された表面の形成を行う。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板の表面を洗浄液で濡らすことによって実行することができる。一実施形態では、洗浄プロセスは、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、ＨＦ−ｌａｓｔタイプの洗浄液、オゾン化水溶液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切かつ費用効果の高い洗浄プロセスなどの洗浄液で基板を濡らすことによって実行することができる。洗浄プロセスは、約３０秒〜約２４０秒など、約５秒〜約６００秒、たとえば約１２０秒にわたって基板上で実行することができる。
【００６７】
次に、図６Ｃに関連して上記で論じたように、加工シーケンス６００Ｃは、図６Ａに関連して上記で論じたボックス６１０〜６１６で実行される加工ステップへ続く。したがって、ボックス６１０〜６１６で実行される加工ステップについて、ここでは繰り返さない。
【００６８】
追加の加工ステップは、本明細書に記載の本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに関連して上記で論じた１つまたは複数の加工ステップ間に実行できることに留意されたい。一例では、基板表面２５１上に１つもしくは複数の真性シリコンおよび／またはドープされたシリコン領域を形成してから、反射防止層３５４を堆積させてヘテロ接合タイプのセルの一部分を形成することが望ましいであろう。
【００６９】
光学検査技法
一実施形態では、プロセスシーケンス６００Ａは、パターン付きの高濃度にドープされた領域２４１上に導電層３７０を堆積させる前に形成される１つまたは複数の位置合せマーク８０１の形成を含む。１つまたは複数の位置合せマーク８０１は、光学検査アセンブリ２００がパターン２３０の位置合せおよび向きを決定するのを助けるために使用される。図８Ａは、複数の位置合せマーク８０１およびパターン付きの高濃度にドープされた領域２４１が表面２５１上に形成された図２Ａに示す基板２５０の一実施形態を示す。一実施形態では、高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０が形成されるのと実質上同時に、位置合せマーク８０１を知られているパターンで形成して、マークがパターン２３０に正しく位置合せされるようにすることが望ましい。この構成では、光学検査アセンブリ２００を使用して、基板２５０（図８Ａ）の表面上の理想的な位置８００からの高濃度にドープされた領域２４１の実際の位置オフセット（ΔＸ、ΔＹ）および角度オフセットΔＲに関する情報を提供する。したがって、表面２５１上の高濃度にドープされた領域２４１の実際の位置オフセットおよび角度オフセットは、システム制御部１０１によってより精密に決定することができ、また後のステップで高濃度にドープされた領域２４１上の導電層３７０の配列をより精密に調整するために使用することができる。
【００７０】
通常、基板２５０の表面２５１上のパターン２３０の位置合せは、パターン２３０と基板２５０のフィーチャの位置合せに依存する。一例では、ボックス６０４中に作られるパターン２３０の位置合せは、スクリーン印刷デバイスと縁部２５０Ａ、２５０Ｂ（図８Ａ）などの基板のフィーチャの位置合せに基づく。パターン２３０の配列は、縁部２５０Ａに対して予期される位置Ｘおよび予期される角度の向きＲ、ならびに基板２５０の縁部２５０Ｂに対して予期される位置Ｙを有する。表面２５１上の予期される位置（Ｘ、Ｙ）および予期される角度的な向きＲからの表面２５１上のパターン２３０の位置誤差は、位置オフセット（ΔＸ、ΔＹ）および角度オフセットΔＲとして説明することができる。したがって、位置オフセット（ΔＸ、ΔＹ）は、縁部２５０Ａおよび２５０Ｂに対する高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０の配列の誤差であり、角度オフセットΔＲは、基板２５０の縁部２５０Ｂに対する高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０の角度的な位置合せの誤差である。基板２５０の表面２５１上のスクリーン印刷されたパターン２３０の誤った配列は、形成されたデバイスが正確に実行する能力に影響を与える可能性があり、したがってシステム１００のデバイス収量に影響を与える可能性がある。しかし、高濃度にドープされた領域２４１上に導電層３７０を配置するなど、スクリーン印刷された層が別の形成されたパターンの上に堆積される適用分野では、位置誤差を最小にすることがさらに重要になる。
【００７１】
導電層３７０と高濃度にドープされた領域２４１を位置合せする精度を改善するために、本発明の実施形態では、１つまたは複数の光学検査デバイス、システム制御部１０１、および１つまたは複数の位置合せマークを利用する。１つまたは複数の位置合せマークは、高濃度にドープされた領域２４１の形成中に基板２５０の表面２５１上に形成され、したがって、導電層３７０と高濃度にドープされた領域２４１の正しい位置合せを行うことができる。一実施形態では、導電層３７０は、１つまたは複数の光学検査デバイスからシステム制御部１０１によって受け取られる情報、ならびにスクリーン印刷チャンバ１０２内に見られる１つまたは複数のアクチュエータ１０２Ａを使用して高濃度にドープされた領域２４１に対するスクリーン印刷マスクの位置および向きを制御するシステム制御部１０１の能力を使用することによって、高濃度にドープされた領域２４１に自動化された形で位置合せされる。一実施形態では、光学検査デバイスは、検査アセンブリ２００内に収容される１つまたは複数の構成要素を含む。一実施形態では、１つまたは複数の位置合せマーク８０１または基準マークは、以下に記載の図９Ａ〜９Ｄに示すものに類似のパターンで形成することができる。位置合せマーク８０１は、形成された太陽電池デバイスの性能に影響を与えるのを防止するために、基板２５０の表面２５１の未使用の領域上に形成することができる。
【００７２】
いくつかの太陽電池加工シーケンスでは、図８Ｂに示すように、基板２５０の表面の少なくとも一部分は、パターン２３０を検出する光学検査アセンブリ２００の能力を阻止する遮蔽材料８０５で被覆される。一例では、表面２５１の反対側の表面２５２上に金属被覆が配置され、したがって光学検査アセンブリ２００が高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０を直接決定する能力に影響を与える。一例では、光学検査システム４００が、放射源４０２から基板２５０のすべての領域を通って電磁放射を透過することが防止される。したがって、一実施形態では、１つまたは複数の領域８０６（たとえば、縁部領域）から遮蔽材料８０５の一部分を選択的に除去し、１つまたは複数の領域８０６の上または中に１つまたは複数の位置合せマーク８０１を位置決めし、したがってそれでもなお位置合せマーク８０１の位置から高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０を決定または推論できることが望ましい。
【００７３】
図９Ａは、位置合せマーク８０１、たとえば位置合せマーク８０１Ａ〜８０１Ｄの様々な例を示す。位置合せマーク８０１は、高濃度にドープされた領域２４１を形成するプロセス中に基板２５０の表面２５１上に形成することができ、高濃度にドープされた領域２４１の位置オフセット（ΔＸ、ΔＹ）および角度オフセットΔＲを見つけるために検査アセンブリ２００によって使用することができる。一実施形態では、位置合せマーク８０１は、円形の形状（たとえば、位置合せマーク８０１Ａ）、方形の形状（たとえば、位置合せマーク８０１Ｂ）、十字の形状（たとえば、位置合せマーク８０１Ｃ）、または英数字の形状（たとえば、位置合せマーク８０１Ｄ）を有することができる。システム制御部１０１内に見られるパターン認識ソフトウェアが、検査アセンブリ２００によって見られる画像から、位置合せマーク８０１の実際の位置、したがって基板２５０の表面２５１上の高濃度にドープされた領域２４１の実際の位置を分解できるようにする位置合せマーク８０１の形状を選択することが概ね望ましい。次いでシステム制御部１０１は、位置オフセット（ΔＸ、ΔＹ）および角度オフセットΔＲを分解し、スクリーン印刷デバイスを調整して、導電層３７０を印刷するときに位置のずれおよび角度のずれを最小にする。
【００７４】
一実施形態では、位置合せマーク８０１は、高濃度にドープされた領域２４１を形成するために使用される材料と同じ材料から形成され、したがって、上述の技法を使用する光学検査システム４００を使用することによって検出することができる。この構成では、位置合せマーク８０１は、高濃度にドープされた領域２４１と同時に形成することができる。別の実施形態では、レーザアブレーション、機械的スクライビング、または乾式エッチング技法を使用して基板２５０の表面２５１内へ位置合せマーク８０１をエッチングまたはスクライブしてから、高濃度にドープされた領域２４１を形成し、したがって、ボックス６０４（図６Ａ）中に、高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０と形成された位置合せマーク８０１を位置合せすることができ、またボックス６１４中に、導電層３７０と位置合せマーク８０１を位置合せすることができる。
【００７５】
図９Ｂ〜９Ｄは、検査アセンブリ２００内の構成要素によって受け取られる画像からシステム制御部１０１によって計算されるオフセット測定の精度を改善するために使用できる基板２５０の表面２５１上の位置合せマーク８０１の様々な構成を示す。図９Ｂは、基板２５０の表面２５１上の対向する隅部付近に２つの位置合せマーク８０１が配列される一構成を示す。位置合せマーク８０１を可能な限り離して広げることによって、縁部２５０Ａまたは２５０Ｂなどの基板２５０上のフィーチャとパターン２３０の間の相対的な位置誤差をより精密に分解することができる。図９Ｃは、高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０のオフセットを分解するのを助けるために、様々な隅部付近で基板２５０の表面２５１上に３つの位置合せマーク８０１が印刷される別の構成を示す。
【００７６】
図９Ｄは、基板２５０の表面２５１全体にわたって方策上の位置内に３つの位置合せマーク８０１が印刷される別の構成を示す。この実施形態では、位置合せマーク８０１の２つは、縁部２５０Ａと平行な線で位置決めされ、第３の位置合せマーク８０１は、縁部２５０Ａに対して垂直に距離を空けて位置決めされる。この構成では、システム制御部１０１内のパターン認識ソフトウェアは、基板２５０に対する高濃度にドープされた領域２４１の位置および向きについての追加の情報を提供するために、垂直の基準線Ｌ１およびＬ２を作る。
【００７７】
図１０は、検査アセンブリ２００が２つ以上の光学検査デバイスなど、複数の光学検査デバイスを含む回転アクチュエータアセンブリ１３０の一実施形態の概略等角図である。一例では、検査アセンブリ２００は、放射源４０３などの１つまたは複数の放射源によって照射された基板２５０の表面２５１の３つの異なる領域を見る３つのカメラ４０１Ｂ、４０１Ｃ、および４０１Ｄを含む。一構成では、カメラ４０１Ｂ、４０１Ｃ、および４０１Ｄはそれぞれ、形成された位置合せマーク８０１が収容される基板２５０の表面２５１の一領域を見るように位置決めされる。対応する視野１２２Ａ、１２２Ｂ、および１２２Ｃのそれぞれの寸法を低減させ、したがって分解能または単位面積当たりの画素数を増大させながら、基板２５０の表面２５１全体にわたって可能な限り位置合せマーク８０１の位置を広げて位置合せ誤差の量を低減させることができるため、高濃度にドープされた領域２４１の配列の精度を改善することができる。
【００７８】
一実施形態では、加工中、検査アセンブリ２００およびシステム制御部１０１は、基板２５０の表面２５１上に形成された位置合せマーク８０１の少なくとも２つの画像を捕獲する。これらの画像は、システム制御部１０１内の画像認識ソフトウェアによって読み取られる。次いでシステム制御部１０１は、少なくとも２つの位置合せマーク８０１を分析して、予期される位置（Ｘ、Ｙ）および角度的な向きＲと比較することによって、スクリーン印刷されたパターンの位置オフセット（ΔＸ、ΔＹ）および角度オフセットΔＲを決定する。次いでシステム制御部１０１は、この分析から得られる情報を使用して、スクリーン印刷チャンバ１０２内のスクリーン印刷マスクの位置を調整し、高濃度にドープされた領域２４１上で導電層３７０の配列の位置合せを可能にする。
【００７９】
別の実施形態では、光学検査アセンブリ２００およびシステム制御部１０１は、基板表面２５１上に配置される３つの位置合せマーク８０１の画像を捕獲する。一実施形態では、システム制御部１０１は、理論上の基準枠に対する３つの位置合せマーク８０１の実際の位置を識別する。次いでシステム制御部１０１は、理論上の基準枠からの３つの位置合せマーク８０１のそれぞれのオフセットを決定し、座標転送アルゴリズムを使用して、高濃度にドープされた領域２４１に対して著しく精密な位置合せで導電層３７０を後に印刷するのに理想的な位置に、印刷チャンバ１０２内のスクリーン印刷デバイスの位置を調整する。一実施形態では、最小２乗（ＯＬＳ）法または類似の方法を使用して、導電層３７０を印刷するためのスクリーン印刷デバイスの理想的な位置を最適化することができる。たとえば、理論上の基準枠からのそれぞれの位置合せマーク８０１のオフセットを決定することができ、位置合せマーク８０１の実際の位置と理論上の基準枠の間の距離を最小にする関数に従って、スクリーン印刷デバイスの理想的な位置を最適化することができる。したがって、位置捕獲プロセス中にシステム制御部１０１によって受け取られる位置合せマーク位置情報を使用して、高濃度にドープされた領域２４１の形成中に作られる位置合せマーク８０１の実際の位置に対して導電層３７０の向きおよび位置を決める。したがって、導電層３７０の配列は、高濃度にドープされた領域２４１と基板２５０のフィーチャの関係、そして導電層３７０と基板２５０のフィーチャの関係ではなく、高濃度にドープされた領域２４１の実際の位置に依拠するため、導電層３７０の配列の誤差は低減される。基板２５０のフィーチャに対する高濃度にドープされた領域２４１の配列、そして基板２５０のフィーチャに対する導電層３７０の配列は、高濃度にドープされた領域２４１に対して導電層３７０を直接位置合せする場合のほぼ２倍の誤差をもたらすことが、当業者には理解される。
【００８０】
一体型の位置合せ構成
図１１Ａは、高濃度にドープされた領域２４１の形成中に基板２５０の表面２５１上に形成された位置合せマーク１１０２の一実施形態を示す。したがって位置合せマーク１１０２は、高濃度にドープされた領域２４１上でフィンガ２６０および母線２６１の配列の精度を改善するために使用される。フィンガ２６０および母線２６１の配列が乏しいと太陽電池デバイスの対向する領域間に短絡が形成される可能性があるため、フィンガ２６０および母線２６１と高濃度にドープされた領域２４１の配列および／または位置合せは重要であることに留意されたい。
【００８１】
図１１Ｂは、基板２５０の表面２５１上の反対側の隅部上に配列できる位置合せマーク１１０２の一構成を示す拡大図である。図１１Ｃは、基板２５０内に形成された位置合せマーク１１０２の一部分を通過する断面線１１Ｃ−１１Ｃ（図１１Ｂ）に沿って切断することによって形成される横断面図である。検出器アセンブリ４０１によって収集される向きおよび位置合せデータは、パターン付きの金属化技法を使用することによって高濃度にドープされた領域２４１の表面上の金属コンタクト構造（たとえば、フィンガ２６０および母線２６１）の配列を調整および制御するように構成されるシステム制御部１０１によって使用することができる。一実施形態では、金属コンタクトは、図３Ａ〜３Ｄに関連して上記で論じたように、スクリーン印刷システム１００内で実行されるスクリーン印刷プロセスを使用して基板２５０の表面上に配置される。
【００８２】
一実施形態では、位置合せマーク１１０２は、図５Ａ〜５Ｇ、６Ａ、および７に関連して上記で論じたステップを使用して基板２５０上に形成される外側フィーチャ１１１０、中間フィーチャ１１１１、および内側フィーチャ１１１２など、ネスト状のフィーチャのパターンを含む。基板２５０の表面上に位置合せマーク１１０２および高濃度にドープされた領域２４１を形成するプロセスは、パターン付きのマスクおよび従来のドーププロセスの使用を含むことができる。一例では、パターンマスキングプロセスは、酸化物層またはフォトレジスト材料にパターンを付けることを含むことができ、従来のドーププロセスは、イオン注入プロセスまたは拡散炉タイプのドーププロセスを含むことができる。一例では、位置合せマーク１１０２および他の高濃度にドープされた領域２４１を形成するプロセスは、以下のステップを含む。まず、基板の表面２５１上に、誘電体層（たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン）が堆積される。次に、レーザアブレーション、パターン付きのエッチング剤材料、ならびに／または従来のフォトリソグラフィおよび湿式もしくは乾式エッチング技法などの１つまたは複数のパターニング技法を使用して、誘電体層内にパターンが形成される。パターン付きのエッチング剤材料プロセスの一例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／２７４，０２３号［整理番号第ＡＰＰＭ１２９７４．０２号］にさらに記載されている。同出願を、全体として参照により本明細書に組み込む。最後に、高濃度にドープされた領域２４１は、高温拡散炉タイプのドープステップ（Ｔは約８００℃以上）を使用して形成され、ドープガス（たとえば、ＰＯＣｌ３）の成分は、前のパターニングステップ中に形成された基板の露出された表面内へ追いやられる。場合によっては、ドープステップ後に任意選択の洗浄ステップを実行して、パターン誘電体層および露出された基板表面を除去することができる。
【００８３】
一実施形態では、図１１Ｄおよび１１Ｅに示すように、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ（図３Ａ）の位置および／または角度的な向きは、光学検査システム４００、１つまたは複数のアクチュエータ（たとえば、基板動作アクチュエータ、アクチュエータ１０２Ａ）、およびシステム制御部１０１を使用して、位置合せマーク１１０２に対して位置合せされる。この構成では、位置合せマーク１１０２に対するスクリーン印刷マスク１０２Ｂの位置合せは、放射源４０２から放出された放射を使用することによって決定される。この放射は、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ内に形成されたフィーチャ１０２Ｃを通って投射され、検出器アセンブリ４０１によって収集される。一例では、位置合せマーク１１０２内のフィーチャ１１１０は、ｘ方向および／またはｙ方向に約１ｍｍの外形寸法を有し、フィーチャ１１１０、１１１１、および／または１１１２のそれぞれの幅Ｗ１は、約１００〜１２０μｍである。一構成では、外側フィーチャ１１１０、中間フィーチャ１１１１、および内側フィーチャ１１１２はすべて、互いに対してネスト状のパターンで等間隔に配置される。外側フィーチャ１１１０、中間フィーチャ１１１１、および内側フィーチャ１１１２はそれぞれ、間に形成された間隙Ｇ（図１１Ｃ）によって分離することができる。一実施形態では、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ内のフィーチャ１０２Ｃは、少なくとも１つのフィーチャ１０２Ｃが公称ではそれぞれのネスト状のフィーチャの中心線に位置決めされるように構成され、各フィーチャ１０２Ｃでは、幅Ｗ２が幅Ｗ１より約２０〜４０μｍ小さい。位置合せマークのフィーチャより幅が小さくなるようにフィーチャ１０２Ｃを構成することによって、通常、印刷マスク１０２Ｂと位置合せマーク１１０２を確実に位置合せするのがより容易になると考えられる。一例では、幅Ｗ２は約６０〜約８０μｍである。通常、スクリーン印刷マスク１０２Ｂと高濃度にドープされた領域２４１の位置合せは、位置合せマーク１１０２内に見られる高濃度にドープされた領域２４１とスクリーン印刷マスク１０２Ｂ内に形成されたフィーチャ１０２Ｃを通して見られる基板２５０材料との間に形成される光学コントラストによって検出することができる。一例では、フィーチャ１０２Ｃが位置合せマーク１１０２に対して望み通り位置合せされた場合、フィーチャ１０２Ｃはそれぞれ、対応するネスト状のフィーチャ１１１０、１１１１、および１１１２の上に位置決めされるため、検出器アセンブリ４０１およびシステム制御部１０１には光学コントラストは見えない。図１１Ｅは、アクチュエータ１０２Ａおよびシステム制御部１０１によって何らかの調整を行う前に、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ内のフィーチャ１０２Ｃが位置合せマーク１１０２に対してずれている構成を示す拡大平面図である。この構成では、電磁放射が、位置合せマーク１１０２の一部分（たとえば、ネスト状のフィーチャ１１１０、１１１１、および１１１２）ならびに基板２５０の隣接する領域（たとえば、高濃度にドープされていない領域）と相互作用するため、検出器アセンブリ４０１を使用して、フィーチャ１０２Ｃを通過してその検出器アセンブリ４０１によって受け取られる電磁放射の強度の変動を検出することができる。一実施形態では、検出器アセンブリ４０１内のカメラによって形成された画像の少なくとも２つ以上の部分間の強度の変動が所望の範囲内になるまで、システム制御部１０１を使用して、基板２５０に対するスクリーン印刷マスク１０２Ｂの向きおよび／または位置を調整する。一例では、カメラによって形成された画像の少なくとも２つ以上の部分間の強度の変動は、変動が最小になるまで調整される。これは、幅Ｗ１より幅Ｗ２が小さいフィーチャ１０２Ｃを、ネスト状のフィーチャ１１１０、１１１１、および／または１１１２の真上で位置決めして、これらのフィーチャと向きを合わせるのと同時に行うことができる。
【００８４】
図１１Ｆおよび１１Ｇを参照すると、一実施形態では、高濃度にドープされた領域２４１に対するスクリーン印刷マスク１０２Ｂの位置および／または角度的な向きは、位置合せマーク１１０３、光学検査システム４００、１つまたは複数のアクチュエータ（たとえば、基板位置アクチュエータ、アクチュエータ１０２Ａ）、およびシステム制御部１０１を使用して調整される。図１１Ｆは、高濃度にドープされた領域２４１の一部として形成される位置合せマーク１１０３の一実施形態を示す。図１１Ｆはまた、位置合せマーク１１０３の上に位置決めされて位置合せマーク１１０３に位置合せされたスクリーン印刷マスク１０２Ｂを示す。図１１Ｇは、スクリーン印刷マスク１０２Ｂが位置合せマーク１１０３に位置合せされる構成を示す図１１Ｆの一部分の拡大図である。一構成では、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ内の開口１１６１は、光学検査システム４００内の構成要素から位置合せマーク１１０３の縁部が見えるように寸法設定され、それによって位置合せマーク１１０３内に見られる高濃度にドープされた領域２４１と基板２５０の間に生じる光学コントラストを使用して、位置および／または向きの誤差を決定することができる。したがって位置合せマーク１１０３は、後の加工ステップ中に高濃度にドープされた領域２４１上でフィンガ２６０および母線２６１の配列の精度を改善するために、システム制御部１０１によって使用される。位置合せマーク１１０３の縁部が開口１１６１の内側になるようにスクリーン印刷マスク１０２Ｂ内の開口１１６１が寸法設定される構成では、スクリーン印刷プロセス中に開口１１６１を通って基板表面の高濃度にドープされていない領域上へ配置される金属は、太陽電池の性能に影響を与える短絡を引き起こす可能性があるため、これらの位置合せマーク１１０３を基板２５０の未使用の領域内に配列することが望ましいであろう。
【００８５】
代替太陽電池形成加工ステップ
図１２Ａ〜１２Ｈは、表面２５１上に金属コンタクト構造が形成された太陽電池１２００デバイスを形成するために使用される加工シーケンスの異なる段階中の太陽電池基板２５０の概略横断面図を示す。図１３は、太陽電池１２００上に活性領域および金属コンタクト構造を形成するために使用されるプロセスシーケンス１３００を示す。図１３に見られるシーケンスは、本明細書に論じる図１２Ａ〜１２Ｈに示す段階に対応する。
【００８６】
ボックス１３０２では、図１２Ａおよび１３に示すように、基板２５０の表面を洗浄して、あらゆる望ましくない材料または粗さを除去する。一実施形態では、洗浄プロセスは、ステップ６０２に関連して上記で論じたステップを含むことができる。
【００８７】
ボックス１３０６では、図１２Ｂおよび１３に示すように、基板２５０の表面２５１上でテキスチャ化プロセスを実行して、テキスチャ付きの表面３５１を形成する。一実施形態では、表面２５１は、太陽電池が形成された後、日光を受け取る太陽電池基板の前面である。基板２５０の表面２５１は、ステップ６０６に関連して上記で論じたステップを使用してエッチングすることができる。
【００８８】
ボックス１３０８では、図１２Ｃおよび１３に示すように、ドーパント含有ガスの存在下で基板を約８００℃より高い温度に加熱して、ドーパント含有ガス内のドープ元素を表面２５１内へ拡散させ、低濃度にドープされた領域１２４２を形成する。一実施形態では、基板は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）含有ガスの存在下で約１〜約１２０分にわたって約８００℃〜約１３００℃の温度に加熱される。
【００８９】
一実施形態では、ボックス１３０８で実行されるプロセスを完了した後、基板２５０上で任意選択の洗浄プロセスを実行して、あらゆる望ましくない残留物の除去および／または不活性化された表面の形成を行う。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板の表面を洗浄液で濡らすことによって実行することができる。一実施形態では、洗浄プロセスは、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、ＨＦ−ｌａｓｔタイプの洗浄液、オゾン化水溶液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切かつ費用効果の高い洗浄プロセスなどの洗浄液で基板を濡らすことによって実行することができる。洗浄プロセスは、約３０秒〜約２４０秒など、約５秒〜約６００秒、たとえば約１２０秒にわたって基板上で実行することができる。
【００９０】
ボックス１３１０では、図１２Ｄおよび１３に示すように、表面２５１上に反射防止層１２５４が形成される。一実施形態では、反射防止層１２５４は、薄い不活性化／反射防止層（たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン層）を含む。別の実施形態では、反射防止層１２５４は、薄い不活性化／反射防止層（たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン層）を含む。一実施形態では、不活性化／反射防止層は、薄い（たとえば、２０〜１００Å）真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層と、それに続くＡＲＣ層（たとえば、窒化シリコン）とを含むことができる。ＡＲＣ層は、物理気相成長プロセス（ＰＶＤ）または化学気相成長プロセスを使用することによって堆積させることができる。
【００９１】
ボックス１３１２では、図１２Ｅおよび１３に示すように、後のステップで後に堆積される金属層と基板２５０の表面を密接に接触できるように、不活性化層１２４５の一部分を任意選択でエッチングして、基板２５０の表面上の複数のパターン付きの領域１２５１を露出させる。不活性化層１２４５にパターンを付けるために使用できる典型的なエッチングプロセスは、それだけに限定されるものではないが、パターニングおよび乾式エッチング技法、レーザアブレーション技法、パターニングおよび湿式エッチング技法、または他の類似のプロセスを含むことができる。一実施形態では、レーザ１２９０を使用して、不活性化層１２４５内に見られる材料層を切除し、基板２５０材料の一部分を再溶解または除去する。また通常これによって、ステップ１３０６で形成されるテキスチャ付きの表面より平滑な表面を生じさせる。一例では、レーザ１２９０は、パターン付きの領域１２５１を形成するために基板２５０の表面全体にわたって走査されるパルスＩＲ波長レーザである。一実施形態では、パターン付きの領域１２５１を形成するプロセスの一部は、パターニング技法を使用することによって、基板２５０の表面の一領域上に１つまたは複数の位置合せマーク（たとえば、図９Ａ〜９Ｄ、１１Ｂ、および１１Ｇ）を形成することを含む。
【００９２】
ボックス１３１４では、図１２Ｆおよび１３に示すように、ドーパント含有ガスの存在下で基板を約８００℃より高い温度に加熱して、ドーパント含有ガス内のドープ元素をパターン付きの領域１２５１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域１２６１を形成する。したがって不活性化層１２４５は、露出されたパターン付きの領域１２５１を高濃度にドープすることを可能にしながら、基板表面の他の領域をドープするのを防止する傾向のあるマスクとして働く。一構成では、後のステップで除去される犠牲マスキング層として、薄い二酸化シリコンまたは窒化シリコン不活性化層１２４５が使用される。ボックス１３１４で実行されるプロセスの一例では、結晶質のｐ型にドープされた基板が、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）含有ガスの存在下で約３〜約１２０分にわたって約８００℃〜約１３００℃温度に加熱される。
【００９３】
プロセスシーケンス１３００の別の実施形態では、ボックス１３１２および１３１４で実行されるプロセスを組み合わせて１つの単一のステップにする。この場合、高濃度にドープされた領域１２６１は、ボックス１３１２に関連して論じたステップ中に実行されるプロセス中に形成される。これを本明細書では、レーザドーププロセスと呼ぶ。この構成では、高濃度にドープされた領域１２６１は、ドーパントガスを含有する環境内に基板を位置決めすることによって形成され、パターン付きの領域１２５１は、レーザアブレーションプロセスを使用して基板２５０の表面上に形成される。一実施形態では、不活性化層１２４５内のドープされた非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を使用して、レーザアブレーションプロセス中にドープされた非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層および基板表面へ送達される熱を使用することによって、高濃度にドープされた領域１２６１を形成するのを助ける。
【００９４】
一実施形態では、ボックス１３１６で、ボックス１３１４内で実行されるプロセスを完了した後、基板２５０上で任意選択の洗浄プロセスを実行して、不活性化層１２４５内の非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層の除去、ボックス１３１４で実行されたプロセスから残ったあらゆる残留物の除去、および／または露出されたパターン付きの領域１２５１を覆って不活性化された表面の形成を行う。一実施形態では、洗浄プロセスは、基板の表面を洗浄液で濡らすことによって実行することができる。一実施形態では、洗浄プロセスは、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、ＨＦ−ｌａｓｔタイプの洗浄液、オゾン化水溶液、フッ化水素酸（ＨＦ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）溶液、または他の適切かつ費用効果の高い洗浄プロセスなどの洗浄液で基板を濡らすことによって実行することができる。洗浄プロセスは、約３０秒〜約２４０秒など、約５秒〜約６００秒、たとえば約１２０秒にわたって基板上で実行することができる。一実施形態では、図１２Ｇに示すように、洗浄プロセスはまた、基板２５０の表面２５２を機械的に研磨または研削して望ましくない材料を表面から除去するステップを含むことができる。一実施形態では、本明細書に論じる洗浄プロセスのいずれかの場合のように、湿式洗浄プロセスは、すすぎ／スピン乾式装置内で噴霧／ミスト化学洗浄プロセスを使用して実行することができる。
【００９５】
ボックス１３１８では、図１２Ｈおよび１３に示すように、基板２５０の表面２５１上の高濃度にドープされた領域１２６１上に、導電フィーチャ１２７０がパターン付きで堆積される。一実施形態では、形成される導電フィーチャ１２７０は、厚さ約５００〜約５０，０００オングストローム（Å）、幅約１０μｍ〜約２００μｍであり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。一例では、導電フィーチャ１２７０は、銀（Ａｇ）または錫（Ｓｎ）を含有する金属ペーストである。
【００９６】
ボックス１３１８中に実行されるプロセスの一実施形態では、システム１００および上記で論じたプロセスシーケンス７００に見られる加工ステップを使用して、基板２５０の表面２５１上に導電フィーチャ１２７０がスクリーン印刷される。このプロセスでは、光学検査システム４００は、放射源４０２および／または４０３の１つによって放出され、カメラ４０１Ａによって受け取られる所望の波長の電磁放射を使用することによって、高濃度にドープされた領域１２６１のパターンを検出するために使用される。別の実施形態では、光学検査アセンブリ２００は、周囲の光または従来の電球もしくはランプからの光を使用して、基板のテキスチャ付きの表面とパターン付きの領域１２５１の間に生じる表面粗さの変動のため、形成されたパターンを検出することができる。次に、システム制御部１０１およびアクチュエータ１０２Ａは、システム制御部によって受け取られるデータを使用して、所望のスクリーン印刷パターンが形成されたスクリーン印刷マスクの向きおよび位置を、基板２５０上に形成された高濃度にドープされた領域１２６１に合わせる。スクリーン印刷マスクが位置合せされた後、スクリーン印刷マスク１０２Ｂ内に形成されたフィーチャを通って導電層ペーストまたはゲルを送達することによって、高濃度にドープされた領域１２６１上に導電フィーチャ１２７０が配置される。
【００９７】
さらに、ボックス１３１８中に実行されるプロセスの一実施形態では、スクリーン印刷またはＰＶＤプロセスなどの従来の堆積プロセスを使用して、基板２５０の表面２５２上に裏面金属層１２７１が形成される。一実施形態では、形成される裏面金属層１２７１は、厚さ約５００〜約５０，０００オングストローム（Å）であり、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、レニウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、またはクロム（Ｃｒ）などの金属を含有する。
【００９８】
ボックス１３２０では、導電フィーチャ１２７０および基板２５０へ熱を送達して、導電フィーチャ１２７０内の金属に、高濃度にドープされた領域１２６１への電気的接続を形成させる。加熱プロセスは、上記で論じたように、システム１００のスクリーン印刷部に隣接する加熱器内で実行することができる。
【００９９】
代替の選択的エミッタ形成プロセス
図１４Ａ〜１４Ｄは、本発明の代替実施形態を示し、太陽電池デバイスの活性領域形成するために実行される加工シーケンスにおける異なる段階中の太陽電池基板１４１０の概略横断面図を示す。図１５に示すプロセスシーケンス１６００は、図１４Ａ〜１４Ｄに示す段階に対応し、太陽電池１４００などの太陽電池デバイスの前面１４０１上に選択的エミッタ構造を形成するために使用することができる。一実施形態では、図１４Ｄに示すように、形成された太陽電池１４００は通常、基板１４１０、高濃度にドープされた領域１４２０、およびコンタクト層１４１４を収容し、コンタクト層１４１４は、基板１４１０の裏面１４０２上に配置される。一例では、基板１４１０は、ｐ型ドープされた結晶シリコン基板である。一構成では、コンタクト層１４１４は、二酸化シリコン層、窒化シリコン層、またはシリコン酸窒化物層などの誘電体層１４１１を覆って配置され、誘電体層１４１１は、裏面１４０２上に形成または堆積される。一実施形態では、コンタクト層１４１４は、厚さ約２０００オングストローム（Å）〜約５０，０００オングストローム（Å）の金属を含む。一実施形態では、コンタクト層１４１４は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（タンタル）、窒化タングステン（ＷＮ）、および／または窒化モリブデン（ＭｏＮ）などの耐火性金属または耐火性金属合金層である。したがって、耐火性金属または耐火性金属合金を含有するコンタクト層１４１４は、以下で論じるプロセスシーケンス１６００に見られるいくつかの高温加工ステップ中に存在することができる。しかし場合によっては、高温プロセスが実行された後にコンタクト層１４１４が堆積されることもあるため、耐火性金属または耐火性金属合金を含有するコンタクト層１４１４の存在は、本発明の範囲を限定しようとするものではない。一実施形態では、形成される太陽電池１４００の光トラップを改善するために、前面１４１２にテキスチャが付けられる。
【０１００】
ボックス１６０２では、図１４Ａおよび１５に示すように、基板１４１０の前面１４０１上に第１のドーパント材料１４１９が堆積される。一実施形態では、第１のドーパント材料１４１９は、インクジェット印刷、ゴム印、スクリーン印刷、または他の類似のプロセスを使用することによって、所望のパターンで堆積または印刷される。第１のドーパント材料１４１９は初め、液体、ペースト、またはゲルとすることができ、ドープされた領域を形成するために使用される。場合によっては、第１のドーパント材料１４１９を配置した後、基板を所望の温度に加熱して、第１のドーパント材料１４１９を前面１４０１上に残し、ドーパント材料１４１９を硬化させ、密度を高くし、かつ／または前面１４０１との結合を形成させる。一実施形態では、第１のドーパント材料１４１９は、ｎ型ドーパントを含有するゲルまたはペーストであり、基板１４１０を高濃度にドープするために使用される。シリコン太陽電池の製造で使用される典型的なｎ型ドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ）などの元素である。一実施形態では、第１のドーパント材料１４１９は、リン含有ドーパントペーストであり、基板１４１０の前面１４０１上に堆積され、基板は、約８０℃〜約５００℃の温度に加熱される。一実施形態では、第１のドーパント材料１４１９は、ポリリン酸、リン酸シリケートガラス前駆体、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）、および／またはこれらの様々なアンモニウム塩からなる群から選択された材料を含有することができる。一実施形態では、第１のドーパント材料１４１９は、約６〜約３０原子％のリンを含有するゲルまたはペーストである。
【０１０１】
ボックス１６０２に記載のプロセスは、上記で論じ、図３Ａに示したように、システム１００内に位置決めされたスクリーン印刷チャンバ１０２内で実行することができる。一実施形態では、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．によって所有されるＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．から入手可能なＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）という器具で実行されるスクリーン印刷プロセスを使用して、基板上にドープ層が堆積される。スクリーン印刷チャンバ１０２およびシステム１００の一例は、２００９年４月６日出願の米国仮特許出願第１２／４１８，９１２号（「ＮＥＸＴ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の代理人整理番号第ＡＰＰＭ／１３５４１号）、および２００８年１１月１９日出願の「ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ  ＥＴＣＨＡＮＴ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ」という名称の米国特許出願公開第２００９／０１４２８８０号にさらに詳細に開示されている。これらの出願を、参照により組み込む。
【０１０２】
ボックス１６０４では、図１４Ｂおよび１５に示すように、基板を約７５０℃より高い温度に加熱して、第１のドーパント材料１４１９内のドープ元素を基板１４１０の前面１４０１内へ拡散させ、それによって基板１４１０内に高濃度にドープされた領域１４２０を形成する。したがって、形成された高濃度にドープされた領域１４２０はそれぞれ、太陽電池１４００の前面への良好な電気的接続を作製できる高濃度にドープされた領域として使用することができる。一例では、形成された高濃度にドープされた領域１４２０が約１０〜５０オームパースクエアのシート抵抗を有することが望ましい。ボックス１６０４で実行されるプロセスの一実施形態では、基板は、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはこれらの組合せの存在下で約１分〜約１２０分にわたって約７５０℃〜約１３００℃の温度に加熱される。一例では、基板は、窒素（Ｎ２）を多く含む環境内の急速熱アニーリング（ＲＴＡ）チャンバ内で約５分にわたって約１０００℃の温度に加熱される。
【０１０３】
ボックス１６０４で実行されるプロセスの一実施形態では、基板１４１０の前面１４０１のうち、堆積された第１のドーパント材料１４１９間の領域を、所望のドーパント原子（たとえば、ｎ型ドーパント）でドープして、ドープされた領域１４３０を形成する。一実施形態では、第１のドーパント材料１４１９を基板の前面１４０１内へ追いやるプロセスの一部分中、前面をドーパント含有蒸気またはガスに露出させて、ドープされた領域１４３０を形成する。一例では、ドーパント含有蒸気の少なくとも一部分は、熱加工中に第１のドーパント材料１４１９の一部の蒸発によって作られる。別の例では、熱加工中に前面１４０１をリン酸に露出させて、ｎ型太陽電池基板内にドープされた領域１４３０を形成する。さらに別の例では、基板が管状炉内で熱加工される間、基板の前面１４０１は、ＰＯＣｌ３または他の所望のドーパント含有ガスに露出される。本明細書には図示しないが、コンタクト層１４１４は、高濃度にドープされた領域１４２０およびドープされた領域１４３０を形成するために使用され、またはこれらの領域の形成の副生成物であるあらゆる望ましくないドーパント含有蒸気で、裏面１４０２がドープされるのを防止できる、信頼性が高いマスクを有利に形成すると考えられることに留意されたい。一例では、形成されたドープされた領域１４３０は、約８０〜２００オームパースクエアのシート抵抗を有することが望ましい。
【０１０４】
ボックス１６０４に記載のドライブ−インプロセスは、システム１００に取り付けることができる熱処理モジュール、または第２の加工モジュールによって実行することができる。一実施形態では、熱処理モジュールは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．から入手可能なＶａｎｔａｇｅ  Ｒａｄｉａｎｃｅ  Ｐｌｕｓ（商標）というＲＴＰチャンバなどの急速熱アニーリング（ＲＴＡ）チャンバである。アニーリングチャンバ、管状炉、またはベルト炉チャンバなどの他の加工チャンバを使用して、本発明を実施することもできる。一実施形態では、加工チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．の一部門であるＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａから入手可能なＳｏｆｔＬｉｎｅ（商標）という器具内に配置された加工モジュール内に収容される。
【０１０５】
ボックス１６０６では、図１４Ｃおよび１５に示すように、基板の前面１４０１上に反射防止層１４３１が形成される。一実施形態では、反射防止層１４３１は、薄い不活性化／反射防止層（たとえば、窒化シリコン、酸化シリコン）を含む。図１４Ｃは、単一の層である反射防止層１４３１を示すが、この構成は、本明細書に記載の本発明の範囲に関して限定しようとするものではなく、反射防止層の一例を示すことのみを目的とする。一例では、薄い不活性化／反射防止層は、窒化シリコンまたは二酸化シリコンを含む２つ以上の層を含む。ボックス１６０６に記載の反射防止層の堆積は、システム１００内に位置決めされる第４の堆積加工モジュールによって実行することができる。一実施形態では、反射防止層は、ＰＶＤチャンバまたはＣＶＤチャンバを使用して堆積される。反射防止層は、上記で論じたように、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手可能なＡＴＯＮ（商標）という器具を使用して、太陽電池基板の１つまたは複数の表面上に形成することができる。一実施形態では、反射防止層形成プロセスは、システム１００に取り付けられた第３の加工モジュール、たとえばプラズマ強化ＣＶＤ堆積モジュールを使用することによって実行することができる。
【０１０６】
ボックス１６０８では、図１４Ｄおよび１５に示すように、反射防止層１４３１を覆ってパターン付きの導電層１４３２が堆積される。一実施形態では、形成された導電層１４３２は、厚さ約２０００オングストローム（Å）〜約５０，０００オングストローム（Å）であり、金属を含有する。一実施形態では、形成された導電層１４３２は、基板の前面１４０１上にスクリーン印刷された銀（Ａｇ）含有ペーストなどの金属含有ペーストから形成される。一実施形態では、形成された高濃度にドープされた領域１４２０を覆って所望のパターンの導電層１４３２が堆積され、したがって導電層１４３２は、ボックス１６１０で後の熱プロセスが実行された後、高濃度にドープされた領域１４２０との良好な電気的接触を形成する。一実施形態では、高濃度にドープされた領域１４２０上に導電層１４３２を堆積させる前に、反射防止層１４３１のうち、高濃度にドープされた領域１４２０を覆って配置された部分を除去することが望ましい。通常、導電層１４３２と高濃度にドープされた領域１４２０を位置合せおよび位置決めするプロセスは、図７に示すプロセスシーケンス７００など、上述のプロセスの１つまたは複数を使用することができる。一実施形態では、導電層１４３２は銀含有材料であり、システム１００に結合された第４の加工モジュール内でスクリーン印刷プロセス、インクジェット印刷、または他の類似のプロセスを使用することによって所望のパターンで堆積される。
【０１０７】
ボックス１６０８に記載の導電層の堆積は、システム１００上に位置決めされた第４の堆積加工モジュールによって実行することができる。第４の堆積加工モジュールは、それだけに限定されるものではないが、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバ、スパッタリングチャンバ、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバを含むことができる。一実施形態では、導電層は、カリフォルニア州サンタクララに位置するＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰＶＤチャンバを使用して堆積される。ホットワイヤ化学気相成長（ＨＷＣＶＤ）チャンバ、イオン注入／ドープチャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、または急熱酸化（ＲＴＯ）チャンバなどの他の加工チャンバを使用して、本発明を実施することもできる。
【０１０８】
ボックス１６１０では、通常、基板を４００℃より高くかつ／または約８００℃未満の温度に加熱して、導電層１４３２の密度を高くしかつ／または基板１４１０の前面１４０１内へ拡散させ、高濃度にドープされた領域１４２０の一部分との所望のオーミック接触を形成する。ボックス１６１０で実行されるプロセスの一実施形態では、基板は、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、空気、またはこれらの組合せの存在下で約１分〜約１２０分にわたって約４００℃〜約５００℃の温度に加熱される。一実施形態では、基板は、システム１００内に位置決めされた第５の堆積加工モジュール内で加熱される。一例では、第５の堆積加工モジュールは、上記で論じたように、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．の一部門であるＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａから入手可能なＳｏｆｔＬｉｎｅ（商標）という器具内に配置された加工チャンバである。別法として、システム１００内に位置決めされた熱処理モジュールを使用して、基板を加熱することもできる。そのような場合、アニーリングチャンバ、管状炉、またはベルト炉チャンバを使用することができる。本明細書に記載の実施形態には、導電層１４３２間に形成された電気的接続が低い接触抵抗を有し、形成されたエミッタを通って下にあるｐ型材料へ「くぎ」のように飛び出ることによって形成された太陽電池接合を損傷しないため、他の従来の技法に勝る利点がある。本明細書に開示の構成では、導電層１４３２は、システム１００上に位置決めされた焼成炉モジュールを使用して、反射防止層および／または誘電体層を通って焼成される。一例では、焼成炉モジュールは、基板を所望の温度に加熱して基板表面上に形成されたパターン付きの金属層との所望のコンタクトを形成する炉である。例示的な焼成炉モジュールの一例は、２００９年３月３日出願の米国仮特許出願第６１／１５７，１７９号（「ＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＥ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＬＩＮＥ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＷＡＦＥＲ  ＳＡＷＩＮＧ  ＭＯＤＵＬＥ」という名称の代理人整理番号第ＡＰＰＭ／１４２５８Ｌ号）にさらに詳細に開示されている。同出願を、参照により本明細書に組み込む。
【０１０９】
上述の加工シーケンス１６００は、太陽電池デバイスの活性領域を形成する代替の方法を提供したが、上述の加工ステップの量およびシーケンスは、本明細書に記載の本発明の範囲に関して限定しようとするものではない。一例では、第１のドーパント材料１４１９は、ステップ１６０２の前の別個の加工ステップでｐ型にドープされた基板１４１０内に形成された低濃度または中濃度にドープされたｎ型領域上に堆積される。別の例では、プロセスステップ１６０２〜１６０４の前に、プロセスステップ１６０６を実行することができる。
【０１１０】
上記の議論の大部分は、主に、本発明の実施形態の１つまたは複数について説明するのを助けるために、スクリーン印刷チャンバおよびシステムを使用することについて論じているが、本明細書に記載の本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の光学検査システムおよび太陽電池加工方法と一緒に他のパターン付きの材料堆積プロセスおよびシステムを使用できるため、この構成は、本発明の範囲に関して限定しようとするものではない。
【０１１１】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
0005615837.tif 000002
【図１Ｂ】
0005615837.tif 000003
【図２Ａ】
0005615837.tif 000004
【図２Ｂ】
0005615837.tif 000005
【図３Ａ】
0005615837.tif 000006
【図３Ｂ】
0005615837.tif 000007
【図３Ｃ】
0005615837.tif 000008
【図３Ｄ】
0005615837.tif 000009
【図４Ａ】
0005615837.tif 000010
【図４Ｂ】
0005615837.tif 000011
【図５Ａ】
0005615837.tif 000012
【図５Ｂ】
0005615837.tif 000013
【図５Ｃ】
0005615837.tif 000014
【図５Ｄ】
0005615837.tif 000015
【図５Ｅ】
0005615837.tif 000016
【図５Ｆ】
0005615837.tif 000017
【図５Ｇ】
0005615837.tif 000018
【図６Ａ】
0005615837.tif 000019
【図６Ｂ】
0005615837.tif 000020
【図６Ｃ】
0005615837.tif 000021
【図７】
0005615837.tif 000022
【図８Ａ】
0005615837.tif 000023
【図８Ｂ】
0005615837.tif 000024
【図９Ａ】
0005615837.tif 000025
【図９Ｂ】
0005615837.tif 000026
【図９Ｃ】
0005615837.tif 000027
【図９Ｄ】
0005615837.tif 000028
【図１０】
0005615837.tif 000029
【図１１Ａ】
0005615837.tif 000030
【図１１Ｂ】
0005615837.tif 000031
【図１１Ｃ】
0005615837.tif 000032
【図１１Ｄ】
0005615837.tif 000033
【図１１Ｅ】
0005615837.tif 000034
【図１１Ｆ−１１Ｇ】
0005615837.tif 000035
【図１２Ａ】
0005615837.tif 000036
【図１２Ｂ】
0005615837.tif 000037
【図１２Ｃ】
0005615837.tif 000038
【図１２Ｄ】
0005615837.tif 000039
【図１２Ｅ】
0005615837.tif 000040
【図１２Ｆ】
0005615837.tif 000041
【図１２Ｇ】
0005615837.tif 000042
【図１２Ｈ】
0005615837.tif 000043
【図１３】
0005615837.tif 000044
【図１４Ａ】
0005615837.tif 000045
【図１４Ｂ】
0005615837.tif 000046
【図１４Ｃ】
0005615837.tif 000047
【図１４Ｄ】
0005615837.tif 000048
【図１５】
0005615837.tif 000049